电力电子应用技术 第３版 教学课件 作者 莫正康 上海理工大学 主编 第8章.ppt

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1、第八章典型电力电子装置介绍第一节应用IGBT器件的开关稳压电源第三节晶闸管中频电源第二节不间断电源(UPS)一、概述随着全控器件(目前主要是功率MOS与IGBT)的广泛应用以及脉宽调制技术的成熟，高频开关稳压电源获得极快发展。开关电源的基本原理与功率变换是：电网交流通过工频整流滤波为固定直流，通过功率变换(高频逆变)得到20～50KHz的高频交流，再经第一节应用IGBT器件的开关稳压电源过高频整流与滤波，得到所要求的直流。其桉心部分是用全控器件在逆变电路中以高频率的开通与关断进行功率变换，故此类电源简称开关电源。开关电源的原理框图二、开关电源主电路工作原理：28V／100A开关电源的

2、原理框图如图所示。开关电源主电路如图所示。开关电源主电路（一）电压型半桥逆变工作原理电压型逆变的特点是输出电压矩形波、输出电流近似正弦，电路如图所示。半桥逆变电路与波形a)电路b)电压波形c)电流波形逆变桥工作时测量VI1管的电压、电流波形如图所示。半控逆变电路IGBT管电压电流波形（二）IGBT管的电压电流计算与选择（三）高频整流（四）滤波、软起动与软开关三、IGBT管的驱动与控制电路（一）IGBT管的驱动电路IGBT管的驱动电路CW494集成脉冲调制器管脚排列及内部功能框图(二)脉宽调制控制其管脚排列及内部功能框图如图所示。(1)锯齿波振荡器(2)脉宽调制控制(PWM)脉宽调制主

3、要由PWM比较器实现，振荡器产生的锯齿波经反相输人比较器负端，与两个误差放大输出的误差电压接正端进行比较，其输入输出波形如图所示。(3)死区时间控制(4)稳压与过电压、过电流保护PWM比较器输入输出波形第二节不间断电源(UPS)一、概述1．不间断电源发展和分类所谓不间断电源装置就是当交流输入电源(市电)发生异常或断电时，它还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电不受影响。这种供电装置称为不间断电源装置，简称UPS。后备式不间断电源OFFLINEUPS(或称back—upUPS)，是一种结构简单运行可靠性高的后备电源系统，它一般由逆变器、充电器、交流稳压器AVR、EMI电源滤波

4、器、切换开关等构成。如图所示后备式不间断电源框图2．UPS主要技术指标UPS有十多项主要指标，如何比较专业的认识UPS指标，涉及到UPS设计思想，现以POWERSONθ牌UPS为例说明如下：(1)输入电压176～253V(4)后备时间(2)输出电压(3)电流二、单相在线式UPS应用实例单相在线式不间断电源一个典型实例如图所示。它由逆变器主电路、控制电路、驱动电路、电池组、充电器以及滤波、保护等辅助电路组成。(一)电路分析在线式不间断电源框图逆变器是UPS中重要部分之一。逆变控制器由基准正弦波发生器、误差放大器与PWM调制器构成。如图所示波形图驱动电路如图所示，它由隔离的辅助电源T1一

5、T4和驱动器EXB840构成，驱动器带过饱和保护OVP。驱动电路IGBT是电压型器件，驱动功率很小，但峰值电流相对很大，如图所示。驱动波形下图为H形全桥逆变器，它由VI9、VI10、VI11、VI12构成。全桥逆变器驱动信号真值表如图所示(二)缓冲电路Snubber(三)IGBT保护和选用驱动功率不足：栅极欠电压关断。过功率损耗：热关断，电流限制。过温度：热关断。UPS的保护主要就是功率电路的保护即IGBT保护。IGBT完善的保护包括如下几方面并在IPM中实现。过电流：过电流关断，过饱和关断，电流限制。过电压：过电压箝位。提高短路保护可靠性，具体在设计中要注意以下几方面：1)IGBT

6、的动态特性取决于Rg，Rg小开关速度快和开关损耗小，但在短路时或在反向二极管关断时，IGBT上的du／dt引起的电流会造成IGBT的导通。所以Rg应选大一点。4)IGBT短路能力很强，在10μs内可达10倍的额定电流，但短路寿命仅100次。3)减少短路时间。2)VGE箝位。IGBT结温升高，安全工作区会减小，如图所示IGBT允许的最大电流随着工作频率增加而减小，如图所示。IGBT在逆变器中的温度频率影响IGBT在逆变器中的温度频率影响a)安全工作区的温度影响b)频率、温度对电流的影响三、三相UPS应用实例它一般有如下几部分构成：整流器、逆变器、电池组、静态旁路开关及维修旁路开关等。它

7、的基本框图如图所示。第三节晶闸管中频电源晶闸管中频电源是一种利用晶闸管把50Hz工频交流变换成中频交流电的设备，主要用于感应加热和熔炼金属．是—种比较先进的静止变频设备。中频电源的基本原理是：通过三相桥式全控整流，将三相交流整流为大小可调的直流电，经电抗Ld滤波后供给单相并联或串联逆变器，由逆变器将直流电逆变为中频交流电供给负载，是一种电流型交－直－交变频。中频电源的主电路如图所示中频电源主电路并联谐振逆变电路的触发必须考虑以下两个因素：①触发频率必须跟随