电力电子技术第4版第7章电力电子装置

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1、第7章电力电子装置电力电子技术(第4版)定义：由基本电力电子电路组成的用于电能的变换和控制的装置称为电力电子装置（PowerElectronicEquipment),又称为变流装置。用途：直流电源可由整流器或直流变流器组成，用于直流电动机调速、金属焊接、充电、电镀和科学仪器等的电源；交流电源可由变频器组成，分为变频变压电源（用于交流笼型异步电动机调速）、恒频恒压电源（构成交流不间断电源）、交流稳压电源、中频感加热电源、高频加热电源等；利用电力电子器件的快速开关性能，还可构成无功补偿装置、静止式无触点大功率开

2、关以代替传统的电磁式有触点大功率开关。目前变流装置正沿着智能化、模块化、小型化、高效和高可靠性方向发展，使之应用领域不断扩大。第7章电力电子装置7.1电力电子装置的一般模型7.2开关电源7.3有源功率因数校正7.4不间断电源（UPS）7.5静止无功补偿装置7.6变频调速装置一般情况下电力电子装置由控制电路、驱动电路、检测电路和以电力电子器件为核心的主电路组成，如图7.1.1所示。7.1.1电力电子的一般模型图7.1.1电力电子装置的一般组成电力电子装置是电能变换设备，它的使用现场不可避免存在严重电磁干扰。强

3、干扰信号窜入装置中除可能直接使电力电子器件误动作外，还会干扰装置的控制电路，使装置误动作。抗干扰的技术措施：①抑制干扰信号的强度，例如交流继电器、交流接触器触点并联电容，可减小触点通断时的电火花干扰；②合理布线以减小导线间的分布电容、分布电感和互感，防止干扰信号窜入；③实施电磁屏蔽；④正确选择接地点并良好接地；⑤加强电路本身的抗干扰能力，设计时选用抗干扰性能好的电子元件；⑥控制电路共用直流稳压电源时，电路各部分应单独引线；⑦在信号强度允许条件下尽量降低各单元电路的输入、输出阻抗；⑧采用变压器耦合等隔离手段，

4、将控制电路与信号源或控制电路与电力电子装置的主电路在电路上隔离，防止干扰信号窜入。7.1.1电力电子的一般模型第7章电力电子装置7.1电力电子装置的一般模型7.2开关电源7.3有源功率因数校正7.4不间断电源（UPS）7.5静止无功补偿装置7.6变频调速装置7.2.1开关电源的工作原理稳压电源：◆线性稳压电源：指起电压调整功能的器件始终工作在线性放大区的直流稳压电源。◆开关稳压电源：简称开关电源(SwitchingPowerSupply)，指起电压调整功能的器件始终以开关方式工作的一种直流稳压电源。1、线性

5、稳压电源：优点：优良的纹波及动态响应特性；缺点：（1）输入采用50Hz工频变压器，体积庞大；（2）电压调整器件工作在线性放大区内,损耗大,效率低；（3）过载能力差。图7.2.1线性稳压电源方框图7.2.1开关电源的工作原理2、开关稳压电源：50Hz单相交流220V电压或三相交流220V/380V电压经EMI防电磁干扰电源滤波器，直接整流滤波，然后再将滤波后的直流电压经变换电路变换为数十或数百kHz的高频方波或准方波电压，通过高频变压器隔离并降压(或升压)后，再经高频整流、滤波电路，最后输出直流电压。通过取样

6、、比较、放大及控制、驱动电路，控制变换器中功率开关管的占空比，便能得到稳定的输出电压。图7.2.2开关电源原理框图工作原理：7.2.1开关电源的工作原理图7.2.2开关电源原理框图开关管占空比定义为：D=Ton/Ts；其中Ts为开关管的开关周期,Ton为一个周期内导通用时间。两种改变占空比的控制方式：1）脉冲宽度调制控制(PWM)2）脉冲频率调制控制(PFM)2、开关稳压电源：7.2.1开关电源的工作原理图7.2.3PWM控制方式1）脉冲宽度控制：保持开关频率(开关周期Ts)不变，通过改变Ton来改变占空比

7、D，从而达到改变输出电压的目的。如果占空比D越大，则经滤波后的输出电压也就越高。2）脉冲频率控制：保持导通时间Ton不变，通过改变开关频率(即开关周期)而达到改变占空比的目的。工作频率不固定，造成滤波器设计困难。7.2.1开关电源的工作原理开关电源优点：（1）功耗小、效率高。（2）体积小、重量轻。（3）稳压范围宽。（4）电路形式灵活多样。开关电源缺点：主要是存在开关噪声干扰。7.2.1开关电源的工作原理7.2.2开关电源的应用1、开关电源的应用图7.2.4直流操作电源电路原理图主电路采用半桥变换电路，额定输

8、出直流电压为220V，输出电流为10A。2、电路简介：交流进线滤波器◆作用：防止开关电源产生的噪声进入电网，或者防止电网的噪声进入开关电源内部，干扰开关电源的正常工作。该滤波器能同时抑制共模和差模干扰信号。◆电路结构：Cc1、Lc和Cc2构成的低通滤波器用来抑制共模干扰信号，其中Lc称为共模电感，其两组线圈匝数相等，但绕向相反，对差模信号的阻抗为零，而对共模信号产生很大的阻抗。图7.2.5交流进线EMI滤波器Cd