電力電子裝置及系統(tǒng)考試知識(shí)點(diǎn)太原理工大學(xué)13屆葬儀落任影汐整理.docx

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第1章 緒論 1、 電力電子技術(shù)的核心是電能形式的變換和控制，并通過電力電子裝置實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用。 2、 電力電子裝置定義：以滿足用電要求為目標(biāo)，以電力半導(dǎo)體器件為核心，通過合理的電路拓?fù)浜涂刂品绞?，采用相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)對(duì)電能實(shí)現(xiàn)變換和控制的裝置。 3、 電力電子控制系統(tǒng)：電力電子裝置和負(fù)載組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為電力電子控制系統(tǒng)。 4、 電力電子裝置的主要類型： AC/DC變換器（整流器） DC/DC變換器（采用PWM控制的變換器也叫直流斬波器） AC/AC變換器（輸入輸出頻率相同叫做交流調(diào)壓器，頻率變化叫變頻器） DC/AC變換器（逆變器） 靜態(tài)開關(guān)（靜態(tài)開關(guān)通、斷時(shí)沒有觸點(diǎn)動(dòng)作，從而消除了電弧的危害。且靜態(tài)開關(guān)由電子電路控制，自動(dòng)化程度高。） 5、電力電子裝置的應(yīng)用 （1）直流電源裝置：通信電源、充電電源、電解電鍍直流電源、開關(guān)電源 （2）交流電源裝置：交流穩(wěn)壓電源、通用逆變電源、不間斷電源UPS （3）特種電源裝置：靜電除塵用高壓電源、超聲波電源、感應(yīng)加熱電源、焊接電源 （4）電力系統(tǒng)用裝置：高壓直流輸電、無功功率補(bǔ)償裝置和電力有源濾波器、電力開關(guān) （5）電機(jī)調(diào)速用電力電子裝置：直流、交流 （6）其他實(shí)用裝置：電子整流器和電子變壓器、空調(diào)電源、微波爐、應(yīng)急燈等電源 6、電力電子裝置的發(fā)展前景：交流變頻調(diào)速、綠色電力電子裝置、電動(dòng)車、新能源發(fā)電、信息來源 7、半導(dǎo)體電力電子開關(guān)器件：電力二極管、晶閘管、電力晶體三極管、電力場效應(yīng)晶體管、絕緣門極雙極型晶體管IGBT 8、電力轉(zhuǎn)換模塊：把同類或不同類的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)器件按一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換功能連接并封裝在一起的開關(guān)器件組合體。 功率集成電路PIC：將電力電子開關(guān)器件與電力電子變換器控制系統(tǒng)中的某些環(huán)節(jié)制作在一個(gè)整體上，就叫功率集成電路。 電源管理集成電路：可以提供各種方式來控制電源轉(zhuǎn)換并管理各種器件的集成電路。 9、 散熱： （1）為什么要散熱？答:PN結(jié)是電力電子器件的核心，PN結(jié)的性能與溫度密切相關(guān)，因而每種器件都規(guī)定最高允許結(jié)溫，器件運(yùn)行不得超過這個(gè)溫度，否則許多特性參數(shù)改變，甚至使器件永久性燒壞，不散熱，100A的二極管長時(shí)間流過50A也可能被燒壞。 （2）散熱的原理。散熱途徑有三種，但電力電子器件采用熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流兩種方式。 （3）散熱措施：減少器件損耗：采用軟開關(guān)電路，增加緩沖電路等措施。 散熱措施：提高接觸面光潔度，涂導(dǎo)熱硅脂，施加合適安裝壓力。 選擇有效散熱面積大的散熱器。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意風(fēng)道的形成，可以用水、油等介質(zhì)管道幫助冷卻。 10、 緩沖電路： （1） 作用：抑制開關(guān)器件的di/dt、du/dt，改變開關(guān)軌跡，減少開關(guān)損耗，使之工作在安全工作區(qū)域內(nèi)。 （2） 普通晶閘管用無極性緩沖電路，GTO、BJT、IGBT等自關(guān)斷器件，工作頻率比SCR高得多，用有極性緩沖電路。 11、 保護(hù)技術(shù) （1） 過電流保護(hù)： 防止過電流： 互鎖：橋臂中一開關(guān)器件有驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，絕對(duì)不允許另一開關(guān)器件有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以利用門電路將橋臂中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行互鎖。 死區(qū)：橋臂中兩個(gè)開關(guān)器件都不允許開通的時(shí)間。時(shí)間為器件關(guān)斷時(shí)間的1.5-2倍 過電流保護(hù)方法： ①利用參數(shù)狀態(tài)識(shí)別對(duì)單個(gè)器件進(jìn)行自適應(yīng)保護(hù)。當(dāng)飽和壓降超過限定值的時(shí)候，器件驅(qū)動(dòng)電路自動(dòng)封鎖脈沖。②利用常規(guī)辦法進(jìn)行最終保護(hù)。晶閘管用快速熔斷器，高頻開關(guān)器件用電流檢測，過流時(shí)限制電流，必要時(shí)封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖。 （2） 電流信號(hào)檢測 慢速型電流檢測元件：電流互感器。注意：互感器二次繞組不能開路。 快速型電流檢測元件：霍爾元件、霍爾電流傳感器模塊。 （3） 輸出過壓保護(hù) 封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，為了不出現(xiàn)誤保護(hù)，應(yīng)具有反延時(shí)特性（過壓越多，保護(hù)延時(shí)越短）。 （4） 輸入瞬態(tài)電壓抑制（MOV器件） （5） 輸入欠電壓保護(hù) （6） 過溫保護(hù) （7） 器件控制極保護(hù) （8） 自鎖式保護(hù)電路 第2章 高頻開關(guān)電源 1、 線性穩(wěn)壓電源：工作在線性放大區(qū)域的穩(wěn)壓電源。 線性電源：電力電子器件工作在線性放大區(qū)域。 開關(guān)電源：電力電子器件工作在開關(guān)模式，一般指小功率AC-DC、DC-DC 。 線性穩(wěn)壓電源的工作原理：依靠調(diào)節(jié)大功率晶體管T的基極電流的大小改變負(fù)載R上的電流，來調(diào)節(jié)輸出電壓，T上有一定的電壓和電流，功率損耗較大。 2、 開關(guān)電源發(fā)展?fàn)顩r：（1）高頻化（2）電源電路的模塊化、集成化（3）綠色化 3、 高頻開關(guān)電源的基本組成： （1） 輸入環(huán)節(jié)：輸入浪涌電流抑制、瞬態(tài)電壓抑制、線路濾波器、輸入整流濾波 浪涌電流：在合閘的瞬間，由于輸入濾波電容的充電，交流電源端阻抗低，產(chǎn)生浪涌電流。抑制方法：限流電阻加開關(guān)（將限流電阻串接于交流線路或整流橋后的直流母線上，開關(guān)與電阻并聯(lián)）、采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC、功率很小的開關(guān)電源直接在線路中串接電阻限制浪涌電流。 瞬態(tài)電壓：在交流線路間并聯(lián)壓敏電阻或者瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）抑制輸入瞬態(tài)電壓 （2） 功率變換電路（Buck變換、Boost變換、Buck/Boost變換、正激、反激、推挽、半橋、全橋） （3） 控制驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路：PWM電壓控制模式、PWM峰值電流控制模式 4、 單端反激式開關(guān)電源 （1） 工作模式：不連續(xù)工作模式（DCM）、臨界工作模式、連續(xù)工作模式（CCM） 連續(xù)： 不連續(xù)： （2）工作原理：變壓器PT既是變壓器也是一個(gè)線性電感，T飽和導(dǎo)通時(shí)其等效阻抗近似為零，如果外加電壓Ui恒定，流過繞組N1的電流i1線性增長，由于繞組N1、N2是反極性的，二極管D截止，副邊沒有電流，導(dǎo)通期間的能量儲(chǔ)存在初級(jí)電感里;當(dāng)開關(guān)截止時(shí)，副邊繞組感應(yīng)電勢使二極管導(dǎo)通，通過輸出電容和負(fù)載釋放磁場能量。 反激變換器：開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電源將電能轉(zhuǎn)為磁能儲(chǔ)存在電感（變壓器）中，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)再將磁能變?yōu)殡娔軅魉偷截?fù)載 單端變換器：變壓器磁通僅在單方向變化 ①自激型單端反激開關(guān)電源RCC： ib→T通,i1流過N1→U1、Uf (Nf)→ib增加→i1 增加→ T飽和，i1線性上升， →Czcd的存在，→ib隨時(shí)間下降 → T進(jìn)入放大區(qū)，i1 受控減小 → Uf反向 → ib進(jìn)一步減小→ 使T很快截止。 臨界工作狀態(tài)： ②他激型單端反激開關(guān)電源（UC3842） 振蕩器的振蕩頻率由外接的電阻RT和電容CT決定，而外接電容同時(shí)還決定死區(qū)時(shí)間的長短。死區(qū)時(shí)間、開關(guān)頻率同RT和電容CT的關(guān)系如下所示: 設(shè)計(jì)時(shí)可先根據(jù)所需的死區(qū)時(shí)間用式(8-2)計(jì)算CT值，然后再根據(jù)式(8-3)計(jì)算RT值。 驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)為推挽結(jié)構(gòu)的跟隨電路，其輸出峰值電流可達(dá)500mA，可以直接驅(qū)動(dòng)主電路的開關(guān)器件。 欠電壓保護(hù)電路對(duì)集成PWM控制器的電源實(shí)施監(jiān)控。 電路初上電時(shí)，電源電壓低于啟動(dòng)電壓（典型值約為16V），欠電壓保護(hù)電路封鎖PWM信號(hào)的輸出，輸出端（引腳6）為低電平。只有當(dāng)電源電壓大于啟動(dòng)電壓后，經(jīng)過一次軟啟動(dòng)過程，UC3842的內(nèi)部電路才開始工作，輸出端才有PWM信號(hào)輸出。 工作過程中，如果電源電壓跌落至保護(hù)閉位（典型值為10V）以下時(shí)，輸出PWM信號(hào)被封鎖，避免輸出混亂的脈沖信號(hào)，以保護(hù)主電路開關(guān)器件。只有當(dāng)電源電壓再次大于啟動(dòng)電壓后，再經(jīng)過一次軟啟動(dòng)過程，UC3842的內(nèi)部電路才重新開始工作，恢復(fù)PWM信號(hào)輸出。 5、 功率因數(shù)校正：無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正。 功率因數(shù)PF定義：PF=P/S=(I1/I)cosφ=λcosφ （有功功率P與視在功率s的比值） 功率因數(shù)校正PFC原理：通過一定的措施，使輸入電流連續(xù)，并盡可能接近于電壓波形（正弦波），或者使輸入電流的諧波分量盡量小，提高功率因數(shù)。 （1）無源功率因數(shù)校正：在電源輸入端加入電感量很大的低頻電感，以便減少濾波電容充電電流的尖峰。缺點(diǎn)：校正效果不理想，功率因數(shù)只能達(dá)到0.85左右，電感體積大，增加了設(shè)備的體積和重量，系統(tǒng)成本提高。 （2）有源功率因數(shù)校正（APFC）：功率因數(shù)可以達(dá)到1。①采用有源濾波器進(jìn)行無功和諧波補(bǔ)償②采用功率因數(shù)校正電路（單相有源功率因數(shù)校正裝置的控制方法分為不連續(xù)電流模式DCM和連續(xù)電流CCM模式，采取Boost電路拓?fù)?，三相大容量整流用PWM高頻整流器） 有源功率因數(shù)校正控制技術(shù)原理 有源功率因數(shù)校正技術(shù)主要采用一個(gè)變換器串入整流濾波與變換器之間, 通過特殊的控制, 一方面強(qiáng)迫輸入電流跟隨輸入電壓, 從而實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù),另一方面反饋輸出電壓使之穩(wěn)定, 從而使變換器的輸入實(shí)現(xiàn)預(yù)穩(wěn)。 功率因數(shù)為1的高頻整流器：非連續(xù)電流模式、連續(xù)電流模式功率因數(shù)校正器，三相高頻整流器。 第三章 逆變器 1.常見單相逆變器主電路拓?fù)? 逆變器有單相和三相兩種，三相逆變器可由三相半橋組成，也可由3個(gè)相位互差120的單相逆變器組成。 半橋電路 缺點(diǎn)：輸出端電壓波形幅值僅為直流母線電壓值的一半，電壓利用率低 優(yōu)點(diǎn)：可以利用兩個(gè)大電容自動(dòng)補(bǔ)償不對(duì)稱波形 全橋電路 缺點(diǎn)：變壓器直流不平衡 （中大容量逆變器） 優(yōu)點(diǎn)：電壓利用率與推挽一樣，為半橋兩倍 推挽電路 缺點(diǎn)：變壓器直流不平衡 （適合低壓輸入場合） 優(yōu)點(diǎn)：電壓損失小，直流母線電壓只有一個(gè)開關(guān)管管壓降損失，驅(qū)動(dòng)電路簡單 2、驅(qū)動(dòng)電路：主電路與控制電路之間的接口電路。 3、逆變器控制方法: （1）直流脈寬調(diào)制(定義：利用直流調(diào)制信號(hào)和三角波比較，可以得到單脈波信號(hào)；改變直流調(diào)制信號(hào)，就可改變單脈波的脈沖寬度，調(diào)節(jié)電壓基波分量的有效值，實(shí)現(xiàn)電壓控制目的) 方波輸出電路簡單，易于閉環(huán)控制，電壓輸出穩(wěn)定度也比較高，具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。但是方波輸出含有大量的低次諧波，波形畸變嚴(yán)重。 （2） 正弦波脈寬調(diào)制（SPWM技術(shù)，利用面積沖量等效原理獲得諧波含量很小的正弦電壓輸出） 單極性SPWM調(diào)制模式 雙極性SPWM調(diào)制模式 4. 逆變器直流不平衡（直流偏磁） 直流偏磁：由于逆變電壓中出現(xiàn)直流分量，使變壓器磁芯的工作磁滯回線中心偏離了坐標(biāo)原點(diǎn)，正反向脈沖磁過程中工作狀態(tài)不對(duì)稱，使得變壓器正負(fù)半周傳輸?shù)哪芰坎黄胶狻? 原因：主開關(guān)器件及驅(qū)動(dòng)電路特性不一致，一個(gè)正弦周波中，正負(fù)半波控制波形不對(duì)稱，元件參數(shù)的分散性引起死區(qū)不一致，主電路同一橋臂上、下兩個(gè)開關(guān)器件的開通、關(guān)斷時(shí)間不等 ,飽和壓降不同 ,緩沖電路參數(shù)有差異等 。 危害：變壓器鐵芯“偏磁”單方向飽和，輸出電壓波形畸變率增加，變壓器原邊繞組出現(xiàn)極大勵(lì)磁電流，威脅器件安全運(yùn)行。 抗直流偏磁措施：增加變壓器磁心氣隙，改善磁導(dǎo)率的線性度，增大抗偏磁能力；變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，最大磁密比較??；限制最大脈沖寬度，在一個(gè)周期內(nèi)盡量使正負(fù)脈沖寬度一致，特別是在動(dòng)態(tài)工作狀況下；檢測通過開關(guān)管的電流，當(dāng)此電流連續(xù)幾個(gè)周波超過設(shè)定值，則切斷控制脈沖，使變壓器有足夠的時(shí)間去磁，然后再開通控制脈沖；在變壓器原邊串聯(lián)隔直電容，提高變壓器抗不平衡的能力；嚴(yán)格挑選開關(guān)特性一致的功率管用于全橋逆變電路；采用反饋進(jìn)行直流補(bǔ)償。 5.SPWM控制電路框圖（電壓調(diào)節(jié)為了穩(wěn)壓，電流調(diào)節(jié)為了限制輸出電流） 6.三相SPWM系統(tǒng)框圖 7. 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 fs定子電壓頻率 8. 感應(yīng)加熱電源（高頻諧振逆變器：將市電整流，再逆變成高頻交流給感應(yīng)線圈供電） 感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理對(duì)工件進(jìn)行加熱，工件中功率密度的分布可以方便的予以控制和調(diào)節(jié)，因而可以提高加熱工件的質(zhì)量、 并聯(lián)諧振式逆變電路 市電整流后串聯(lián)一個(gè)大電感L1，屬電流源逆變器，逆變橋輸出電流近似方波，LCR是逆變橋的諧振負(fù)載逆變器工作頻率接近于并聯(lián)諧振負(fù)載電路的諧振點(diǎn)，因此負(fù)載電壓接近于正弦波，每個(gè)開關(guān)管增加串聯(lián)二極管，增大每臂的導(dǎo)通壓降和通態(tài)損耗。 串聯(lián)諧振式逆變電路 逆變器的工作頻率略高于負(fù)載電路的諧振工作點(diǎn)時(shí)，負(fù)載電路呈電感性，電流過零點(diǎn)滯后于電壓過零點(diǎn)。t1時(shí)刻以前開關(guān)管T2T3導(dǎo)通，輸出電壓和電流為負(fù)，在t1時(shí)刻關(guān)斷T2T3，這時(shí)流經(jīng)負(fù)載的電流尚未下降至零，負(fù)載中電感要維持電流，使電流經(jīng)T1T4與T2T3的反并聯(lián)二極管D1D4流通，T1T4的驅(qū)動(dòng)脈沖式互補(bǔ)的，在電流自然下降過零前已對(duì)T1T4加上驅(qū)動(dòng)脈沖，在t2時(shí)刻電流自然地由二極管D1D4換至開關(guān)管T1T4，稱為自然換流（可使開通損耗降到零）。 逆變電路功率調(diào)節(jié)：逆變器工作頻率fs始終應(yīng)接近并大于其諧振頻率，負(fù)載的諧振頻率fr=1/2π sqr(LC). 電流互感器檢測輸出電流，如果輸出電流小于設(shè)定值，電流調(diào)節(jié)器的輸出就使壓控振蕩器的工作頻率降低，分頻以后的逆變器脈沖頻率跟隨降低，等效阻值隨之降低，輸出電流增大。 第四章 不間斷電源UPS 1、UPS的定義：是指當(dāng)市電發(fā)生異?；驍嚯姇r(shí)，還能繼續(xù)向負(fù)載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負(fù)載供電不受影響的裝置。市電正常時(shí)，UPS相當(dāng)于交流穩(wěn)壓器，同時(shí)向機(jī)內(nèi)蓄電池充電。 2、 UPS應(yīng)具有的特性：?有不間斷的供電能力、可靠性高?輸出電壓品質(zhì)好?對(duì)電網(wǎng)的影響小?智能程度高?體積小、重量輕 3、 UPS的類型：后備式、雙變換在線式、在線互動(dòng)式、 Delta變換式 ①后備式UPS：容量小于2KVA 市電處于175-264V正常值時(shí)，UPS首先經(jīng)低通濾波器對(duì)電網(wǎng)高頻干擾進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃p、抑制處理，然后分兩路，一路到充電器中對(duì)蓄電池組充電，一路到交流旁路通道上的簡單穩(wěn)壓電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換開關(guān)向負(fù)載供電，逆變器空載，沒有輸出。（轉(zhuǎn)換開關(guān)由UPS邏輯電路控制） 市電故障或供電中斷時(shí)，充電器停止工作，轉(zhuǎn)換開關(guān)在切斷交流旁路通道的同時(shí)，將負(fù)載同逆變器輸出端連接，逆變器將蓄電池中存儲(chǔ)的備用直流電變換為50HZ/220V電壓，維持對(duì)負(fù)載電能供應(yīng)。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、效率高、成本低。 缺點(diǎn)：供電波形質(zhì)量較差、頻率適應(yīng)性差、逆變器工作轉(zhuǎn)換時(shí)間較長。 ②雙變換在線式UPS（經(jīng)AC/DC、DC/AC兩次變換供電給負(fù)載）0.7-1500KVA 市電異常時(shí)，由蓄電池經(jīng)過DC/AC變換供電，只有逆變器故障時(shí)，才通過旁路電路直接通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換給負(fù)載供電。 市電正常時(shí)，經(jīng)過濾波，分成三路，第一路交流變直流，經(jīng)充電器對(duì)蓄電池組進(jìn)行浮充電，第二路經(jīng)過整流和大電容濾波變?yōu)檩^為平穩(wěn)的直流電，再由逆變器變換為穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)送給負(fù)載，第三路轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制，如果逆變器故障，在邏輯控制電路的調(diào)控下，UPS直接將市電供給負(fù)載。 優(yōu)點(diǎn)：市電正不正常都由逆變器供電，供電質(zhì)量好，市電轉(zhuǎn)換到電池供電可實(shí)現(xiàn)零切換時(shí)間 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，效率低，無功功率和諧波電流對(duì)電網(wǎng)公害較大。 帶隔離變壓器的稱為工頻機(jī)，不帶隔離變壓器的稱為高頻機(jī)。 ③在線互動(dòng)式UPS 0.7-20KVA 市電正常時(shí)，由繼電器控制電流通路，向負(fù)載供電，繼電器的接通點(diǎn)不同，變壓器變比不同，做到對(duì)輸出的基本穩(wěn)壓。同時(shí)UPS中雙向變換器處于整流工作狀態(tài)，給蓄電池組充電。 市電異常時(shí)，雙向變換器轉(zhuǎn)換為逆變工作狀態(tài)，將電池電能轉(zhuǎn)換為正弦交流電輸出。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，效率高，可靠性高。 缺點(diǎn)：供電品質(zhì)不高，市電—電池轉(zhuǎn)換時(shí)，輸出電壓有轉(zhuǎn)換時(shí)間。 ④Delta變換式UPS（只對(duì)輸出電壓的差值進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償）10-480KVA 市電正常時(shí)，經(jīng)過Delta變壓器提供的補(bǔ)償電壓△u既抵消電源中的諧波電壓，又補(bǔ)償基波電壓，使負(fù)載得到穩(wěn)定的正弦波電壓。Delta變換器又叫串聯(lián)補(bǔ)償變換器，主變換器稱為并聯(lián)補(bǔ)償變換器，前端變換器經(jīng)過電感提供電壓，后端變換器經(jīng)過LC濾波并聯(lián)接在負(fù)載兩端，對(duì)主變換器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，輸出正弦電壓，并向負(fù)載輸出電流，補(bǔ)償負(fù)載無功和諧波電流，使功率因數(shù)為1。 市電停電，主變換器從蓄電池獲取電能繼續(xù)向負(fù)載供電。 優(yōu)點(diǎn)：市電—電池轉(zhuǎn)換時(shí)，可實(shí)現(xiàn)零切換時(shí)間、供電品質(zhì)高、功率裕量大、效率高 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。（低于雙變換） 4、 UPS的發(fā)展方向、 1、 控制系統(tǒng)的全數(shù)字化2、主電路拓?fù)涓哳l化和軟開關(guān)技術(shù)3、智能化4、網(wǎng)絡(luò)化 5、 綠色化6、模塊化和冗余化 5、UPS的組成：整流器（PFC電路）、逆變器、蓄電池組、交流濾波器、靜態(tài)開關(guān)、旁路電源、備用電網(wǎng)、整流器觸發(fā)控制電路、逆變器觸發(fā)控制電路、靜態(tài)開關(guān)控制電路和輔助電路（電壓、電流、頻率、溫度等檢測電路，輔助電源，啟動(dòng)和停止電路、顯示電路，逆相和缺相檢測電路，保護(hù)和報(bào)警電路） 6、蓄電池組： （1）類型:HS型（經(jīng)濟(jì)型），AHH型（適合于低溫工作）， CS型（適用于長時(shí)間放電要求）； M型（小型密封式）。 （2）基本功能:UPS的蓄電池必須具有在短時(shí)間內(nèi)輸出大電流的特性，供電時(shí)間能維持10分鐘左右。 （3）基本性能指標(biāo) 放電終止電壓：表示電池不允許再放出電能時(shí)的電壓，通常為1.75V/單格。 放電率：表示放電至終止電壓的電流大小或時(shí)間快慢?？捎梅烹婋娏骰蚍烹姇r(shí)間表示。 容量：表示電池在充滿電的情況下的儲(chǔ)能多少，用放電電流與放電時(shí)間的乘積來表示，單位為安時(shí)(Ah)。 放電電流：就是電池的輸出電流，它除了用安培來表示外，通常也用電池的容量乘以某個(gè)系數(shù)來表示。 自放電率：電池在不用時(shí)其內(nèi)部放電電流。 （4）蓄電池的充電 初充電:新的蓄電池在安裝完畢后，一般要進(jìn)行一次較長時(shí)間的充電，稱為初充電。蓄電池的初充電電流大小應(yīng)按說明書規(guī)定值，或按額定容量的1/10取值。 正常充電:蓄電池在放電終了后可進(jìn)行再充電，稱為正常充電；正常充電時(shí)，一般采用分級(jí)定流充電方式。即在充電初期用較大電流、充電一定時(shí)間后，改用較小電流，至充電后期改用更小電流。 連續(xù)浮充制：是指充電用的整流器和蓄電池以并聯(lián)供電的工作方式運(yùn)行。 均衡充電：是指在一定時(shí)間內(nèi)應(yīng)分別對(duì)電池組中的每個(gè)單元進(jìn)行均衡充電 7、 整流器 （1）整流器UPS中作用：1、將市電交流電轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)濾波后供給逆變器。 2、給蓄電池提供充電電壓，可起到充電器的作用。 （2） UPS中對(duì)整流器要求：1、輸出電壓大小要能調(diào)節(jié)，以滿足對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充電和均衡充電的要求。2、輸出要穩(wěn)定，一般穩(wěn)態(tài) 精度要達(dá)到1%。 3、具有一定過載能力4、輸出電壓的波紋要小，一般要求在額定負(fù)載時(shí)小于額定輸出電壓的1%。 5、具有過載、短路、過熱、過電壓、欠電壓等保護(hù)和報(bào)警功能。6、啟動(dòng)要平穩(wěn)，運(yùn)行要穩(wěn)定可靠。 （3） 整流器一般采用可控整流電路，以得到穩(wěn)定的輸出直流電壓；隨著電網(wǎng)污染越來越嚴(yán)重，各國對(duì)掛在電網(wǎng)中的設(shè)備提出了越來越高的要求，UPS作為一種重要的掛網(wǎng)設(shè)備一般具有功率因數(shù)校正功能。 （4） 整流器和充電器 整流器一般采用二極管全橋整流或晶閘管相控整流。 充電器：給蓄電池充電的裝置 小容量UPS中，整流器和充電器分開的原因：（1）整流器的輸出電壓一般是不穩(wěn)定的，然而蓄電池的最高充電電壓是限定的，必須用一個(gè)穩(wěn)壓電源做為充電器。（2）蓄電池的充電電流不能過大，這就要求充電器具有穩(wěn)流和限流功能。 大容量UPS中，整流器和充電器合二為一，控制電路成本僅占很小一部分，設(shè)計(jì)的復(fù)雜一點(diǎn)也不會(huì)增加成本，但是分開就要增加器件數(shù)量，增加成本。 8、 逆變器 （1） 逆變器在UPS中作用：負(fù)責(zé)將整流器輸出的直流電壓或蓄電池存儲(chǔ)的直流電轉(zhuǎn)化為用戶所需要的穩(wěn)頻穩(wěn)壓的交流電源。 （2） 逆變器輸出電壓類型：對(duì)小容量UPS而言，逆變器輸出多為方波或梯形波；對(duì)大容量UPS而言，逆變器輸出多為正弦波。 （3） UPS中對(duì)逆變器的要求：1、能輸出一個(gè)電壓穩(wěn)定的交流電，無論是輸入電壓出現(xiàn)波動(dòng)還是負(fù)載發(fā)生變化，他都要達(dá)到一定的電壓穩(wěn)定精度，靜態(tài)時(shí)一般小于2%。2、能輸出頻率穩(wěn)定的交流電，要求該交流電能達(dá)到一定的頻率穩(wěn)定精度，靜態(tài)時(shí)一般為0.5%。3、輸出的頂呀及其頻率，要在一定的范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)。一般輸出電壓可調(diào)范圍不小于5%，輸出頻率可調(diào)范圍不小于2Hz。4、具有一定的過載能力。5、輸出電壓的波形含諧波成分應(yīng)盡量小。6、具有短路、過載、過熱、過電壓、 欠電壓等保護(hù)和報(bào)警功能。7、啟動(dòng)要平穩(wěn)，起動(dòng)電流要小，運(yùn)行要穩(wěn)定可靠。8、應(yīng)具有快速的暫態(tài)響應(yīng)。 （4） 逆變器主電路結(jié)構(gòu)：對(duì)有推挽型、半橋型、全橋型等。 （5） UPS中常用的轉(zhuǎn)換開關(guān)：機(jī)械接觸器、靜態(tài)開關(guān)、混合式開關(guān)。 9、 濾波電路 種類：1、交流輸入濾波（整流器輸入端）2、直流電壓濾波（整流器輸出端） 3、交流輸出濾波（逆變器輸出端） fs為開關(guān)頻率 10、 旁路控制電源：主要給靜態(tài)開關(guān)的驅(qū)動(dòng)裝置供電的裝置。 系統(tǒng)輔助電源：主要給控制檢測電路、顯示部分等提供低壓多路直流電源的裝置。 11、接地裝置、保護(hù)和報(bào)警系統(tǒng) 接地 目的：為了保證UPS設(shè)備自身的安全可運(yùn)行和用戶的人身安全。 要求：減小接地電阻，注意接地處地面上的人和設(shè)備的安全，接地要可靠避免假接地 分類：機(jī)殼接地、邏輯接地、防雷接地 保護(hù) （1）過載保護(hù) （長時(shí)間處于過載狀態(tài)來不及散熱使設(shè)備受損） （2）過電壓保護(hù)（對(duì)主電路的過電壓保護(hù)和對(duì)觸發(fā)控制電路的過電壓保護(hù)） （3）欠電壓保護(hù)（電源裝置的交流輸入端、直流輸入端、交流輸出端欠電壓保護(hù)） （4）短路保護(hù)（對(duì)整流器和逆變器用快速熔斷器保護(hù)、三項(xiàng)交流電壓輸入開關(guān)富有熔斷器和跳間線圈直流輸入電壓和交流輸出電源的開關(guān)附有熔斷器，使用快速電流檢測器件檢測實(shí)際線路電流，送入控制保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行快速保護(hù)） （5）過熱保護(hù) （采用熱電耦進(jìn)行保護(hù)點(diǎn)的溫度檢測送入保護(hù)控制系統(tǒng)，半導(dǎo)體溫度繼電器做過熱保護(hù)） （6）蓄電池的液面和溫度保護(hù)（定期補(bǔ)充蒸餾水） （7）三相輸入型UPS的輸入電壓異常（缺相或相序錯(cuò)誤）保護(hù) （8）通訊異常保護(hù) 報(bào)警 是給用戶提供設(shè)備故障的示警信號(hào)。 12、 UPS同步鎖相技術(shù) （1） 同步鎖相控制：通常，市電電壓頻率會(huì)因電網(wǎng)負(fù)荷變化等因素影響而無法維持恒定，因此需要檢測逆變器與輸入市電的頻率差和相位差，通過閉環(huán)控制來進(jìn)行調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的頻率和相位，使逆變器與市電保持相位同步運(yùn)行。 （2） 并聯(lián)控制系統(tǒng)中，UPS需要經(jīng)常在自振和鎖相之間切換。 （3） 鎖相環(huán)的工作原理 （4）UPS交流電壓幅值快速檢測 工作原理：移相器對(duì)電網(wǎng)檢測波形移相90，正弦量移相為余弦量，這兩個(gè)量分別平方后相加就得到電網(wǎng)電壓的最終檢測量為U is=Ks2（Ui2sin2ωt+Ui2cos2ωt）=GdUi2 13、 模塊化優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于代理商，使產(chǎn)品規(guī)格單一，增大了可擴(kuò)展性，小型用戶使用數(shù)量少的模塊，大型則用較多模塊，甚至可以配備可擴(kuò)展的模塊柜，滿足于各種原因造成的功率需求。對(duì)廠商而言模塊化能夠提高生產(chǎn)效率，降低成本適合大規(guī)模生產(chǎn)，也可以為用戶維護(hù)提供配件。 第五章 1. 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組電壓平衡方程，忽略電樞電感壓降 2. 限制電樞電流啟動(dòng)直流電機(jī)的兩種方法：1、電樞中串接外加電阻，等效電阻增大，來限制電樞電流，隨著轉(zhuǎn)速上升，反電勢增大，在啟動(dòng)過程中逐步切除外加電阻，使電流始終在適當(dāng)范圍內(nèi)；2、啟動(dòng)中改變外加電壓以控制電樞電流。 3. 直流電機(jī)無觸點(diǎn)啟動(dòng)器 工作原理：Lm是直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組，直流電源Ud經(jīng)過開關(guān)管T、續(xù)流二極管D構(gòu)成的Buck變換器給直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組供電，HL用來檢測電樞電流ia?？刂葡到y(tǒng)將反饋電流與電流給定值Ig相比較，控制T的通斷，從而使電樞電流ia在整個(gè)啟動(dòng)過程中被控制在給定值附近，如果開關(guān)頻率很高，則在啟動(dòng)過程電樞電流的平均值Ia≈Ig. 控制系統(tǒng)：啟動(dòng)器采用IGBT全控器件，系統(tǒng)利用PWM電流環(huán)和瞬時(shí)值電流滯環(huán)相結(jié)合的方法控制IGBT通斷，電流反饋同時(shí)引入三個(gè)環(huán)節(jié)。（電流調(diào)節(jié);滯環(huán)限流電路；記憶封鎖。） 4. 滑差電機(jī)（電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)） 結(jié)構(gòu)：由普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、電磁滑差離合器和電氣控制裝置組成。異步電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)電磁離合器旋轉(zhuǎn)，改變離合器的電磁力，就能改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。離合器的勵(lì)磁電流使直流，通過直流斬波電路可以調(diào)節(jié)它的勵(lì)磁電流，改變它的電磁力。 5. 滑差電機(jī)鎖相環(huán)：相位比較器PD、低通濾波器LF和電壓控制振蕩器VCO。 6. 具有中間環(huán)節(jié)的DC/DC變換器 主電路（輸入濾波電路、半橋式高頻逆變電路、高頻降壓變壓器、輸出整流及輸出濾波）；控制電路（輔助電源、驅(qū)動(dòng)電路、PWM控制電路、反饋電路、啟動(dòng)及保護(hù)電路、故障顯示報(bào)警電路） 主電路工作原理：蓄電池電源電壓經(jīng)L、C1~C4輸入濾波電路加到半橋式逆變電路上，電感L是分成兩個(gè)線圈繞在一個(gè)鐵芯上，分別串聯(lián)在正負(fù)直流母線上。高頻開關(guān)器件TA、TB由一對(duì)相位互差180度的脈沖控制，交替的通斷，頻率為20KHZ。20KHZ的方波電壓經(jīng)高頻變壓器降壓及副邊二極管整流、濾波后得到所需的直流電壓C7、R1、D1構(gòu)成母線吸收電路，吸收線路電感引起的尖峰電壓。 控制電路的工作原理：集成PWM控制專用芯片TL494為核心組成，TL494內(nèi)部的穩(wěn)壓電路將外部供給的+12V變換成+5V，供給芯片內(nèi)電路使用，并通過芯片的14端對(duì)外引出，供外部電路作給定電位。 7. IGBT驅(qū)動(dòng)電路的基本要求: (1) 提供足夠的柵極電壓(+15v)來開通 IGBT 并在開通期間保持這個(gè)電壓。 (2) 在最初開通階段, 提供足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電流來減少開通損耗和保證 IGBT 的開通速度。 (3) 在關(guān)斷期間, 提供一個(gè)反向偏置電壓(-5~-15v)來提高IGBT 抗暫態(tài)dv/d t 的能力和抗 EM I噪聲的能力并減少關(guān)斷損耗。 (4) 在 IGBT 功率電路和控制電路之間提供電氣隔離。 對(duì)IGBT 逆變器, 一般要求的電氣隔離為2 500 V以上。 (5) 在短路故障發(fā)生時(shí), 驅(qū)動(dòng)電路會(huì)通過合理的柵極電壓動(dòng)作進(jìn)行 IGBT 保護(hù), 并發(fā)出故障信號(hào)到控制系統(tǒng)。 7. EXB841內(nèi)部結(jié)構(gòu)及典型應(yīng)用電路 EXB841存在的不足： （1） 過流保護(hù)閥值太高， Uce 過流識(shí)別值為 7～7.5V時(shí),IGBT 將嚴(yán)重過流而使性能嚴(yán)重下降或損壞. （2） 存在保護(hù)盲區(qū), 從脈沖輸出到開始保護(hù), 大約有 2.5us 的延遲時(shí)間, 如果在特定的工作條件下, 脈寬小于這一時(shí)間, 同時(shí)存在過流的情況, 電路將連續(xù)工作而不能保護(hù), 從而很快導(dǎo)致 IGBT損壞 （3） 軟關(guān)在斷保護(hù)不可靠, 過流保護(hù)后, 在 10us內(nèi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)緩降至零,因?yàn)榇婷^(qū)時(shí)間, 同時(shí)還有較長的軟關(guān)斷時(shí)間, 這就導(dǎo)致不可靠, 使保護(hù)效果變差. （4） 負(fù)偏壓不足, EXB841 使用單一的 +20V 電源產(chǎn)生+15V 和-5V偏壓, 在高電壓大電流條件下, 開關(guān)管通斷會(huì)產(chǎn)生干擾, 使截止的 IGBT 誤導(dǎo)通. （5） 過電流保護(hù)無自鎖功能， 在過流保護(hù)時(shí), EXB841 對(duì) IGBT 進(jìn)行軟關(guān)斷, 但此時(shí)如果撤除外部輸入信號(hào), IGBT 會(huì)直接進(jìn)行硬關(guān)斷. 第六章 1. 調(diào)功器基本原理（方框部分為調(diào)功器） （1） 零脈沖電路（2）導(dǎo)通比電路（3）過流截止電路（4）“與”門電路（5）脈沖變壓器 2. 交流調(diào)功器主電路設(shè)計(jì)要點(diǎn) （1） 承受的反向重復(fù)峰值電壓URRM和斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM是額定輸入電壓的峰值，當(dāng)額定輸入電壓U1N位220V，峰值311V，取兩倍安全余量，可選700V晶閘管。 （2） 雙向晶閘管額定電流按調(diào)功器額定輸出電流IR的1.5~2倍余量選取。 （3） 每個(gè)反并聯(lián)晶閘管的電流有效值是IR/√2，通態(tài)電流平均值IT（AV）的選取應(yīng)大于等于（1.5~2)IR/1.57√2 （4） 門極觸發(fā)電流IGT通常取小于等于250mA，若采用強(qiáng)觸發(fā)則由晶閘管元件標(biāo)稱值限定。 3. 交流調(diào)功器概述 功能：調(diào)節(jié)輸出功率（對(duì)電壓電流波形沒有嚴(yán)格要求） 應(yīng)用：主要用于以鎳鉻或鐵鉻鋁材料為發(fā)熱元件的電熱裝置的溫度自動(dòng)控制 控制模式：過零觸發(fā)半周波控制（定周期/變周期）、移相觸發(fā)控制 4. 過零觸發(fā)半周波控制型調(diào)功器 將交流電源每N個(gè)電壓半周定為一個(gè)調(diào)節(jié)周期T，在該調(diào)節(jié)周期內(nèi)調(diào)節(jié)導(dǎo)通電壓半周的個(gè)數(shù)M來調(diào)節(jié)輸出功率U0=Uin√（M/N） 過零觸發(fā)調(diào)功器特點(diǎn)：負(fù)載得到的電壓(電流)波形總是完整的正弦波，避免了電流的瞬時(shí)沖擊，功率因數(shù)高，但負(fù)載電流存在頻率低于基頻的次諧波分量，應(yīng)用范圍受限制，且調(diào)節(jié)周期較長 5. 調(diào)相觸發(fā)型調(diào)功器 以每個(gè)交流電壓半周為調(diào)節(jié)周期，通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通相位角進(jìn)行調(diào)功。 調(diào)節(jié)周期僅為0.01s，對(duì)于熱慣性小的加熱系統(tǒng)也適應(yīng) 調(diào)相觸發(fā)調(diào)功器特點(diǎn)：負(fù)載的電壓(電流)是缺角正弦波，功率因數(shù)差，且存在高次諧波，對(duì)電網(wǎng)和無線電波會(huì)產(chǎn)生射頻干擾 6. 調(diào)壓調(diào)速：無論直流電機(jī)還是交流電機(jī)，在改變它們的輸入電壓時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速將隨之改變，調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入電壓控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。調(diào)壓和調(diào)速系統(tǒng)的差異就是所控制的對(duì)象和目標(biāo)不同。 7. 晶閘管相控交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 調(diào)壓調(diào)速原理：異步電動(dòng)機(jī)定子供電頻率不變時(shí)，其電磁轉(zhuǎn)矩與輸入電壓有效值的平方成正比，利用交流調(diào)壓電路，可以達(dá)到調(diào)速目的 保護(hù)系統(tǒng)：零位啟動(dòng)保護(hù)、缺相保護(hù)、過流保護(hù) 8. 線繞式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速：采用相控有源逆變調(diào)節(jié)逆變角，改變了回饋至電網(wǎng)的轉(zhuǎn)差功率從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速，調(diào)速裝置的功率遠(yuǎn)小于電動(dòng)機(jī)的功率，特別適合大功率應(yīng)用（幾千千瓦） 9. 穩(wěn)壓電源類型：磁放大式穩(wěn)壓器、滑動(dòng)式交流穩(wěn)壓器、分級(jí)自動(dòng)改變變比的穩(wěn)壓電源、鐵磁諧振式穩(wěn)壓器、感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器、晶閘管交流相控?cái)夭ǚ€(wěn)壓器、恒壓恒頻交流電源、交流凈化型穩(wěn)壓電源。 10. 交流穩(wěn)壓電源基本工作原理：對(duì)雙向晶閘管T進(jìn)行相控，可改變等效電感L2，從而改變L2、C2并聯(lián)的等效電抗的大小及性質(zhì)（感性或容性），也就改變了補(bǔ)償電壓U2的大小和相位，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓目的。 第八章 1.電力電子裝置的研制流程 2. 電磁兼容性：干擾可以在不損害信息的前提下與有用信號(hào)共存。 電力電子裝置的電磁兼容性應(yīng)從兩個(gè)方面考核，一是不干擾其他設(shè)備，不影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行，二是自身不受其他設(shè)備的干擾，對(duì)于電磁兼容容許的干擾信號(hào)，裝置應(yīng)該能夠正常工作。 3. 形成電磁干擾的條件： （1） 向外發(fā)送電磁干擾的源——噪聲源 （2） 傳遞電磁干擾的途徑——噪聲耦合和輻射 （3） 承受電磁干擾的客體——受擾設(shè)備 4. 抑制電磁干擾的原則： （1） 抑制噪聲源，直接消除干擾原因 （2） 消除噪聲源和受擾設(shè)備之間的噪聲耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳遞途徑，或者提高傳遞途徑對(duì)電磁干擾的衰減作用 （3） 加強(qiáng)受擾設(shè)備抵抗電磁干擾的能力，降低其對(duì)噪聲的敏感度 5. 常見的抑制電磁干擾的措施 （1） 用電路和器件抑制電磁干擾（抑制尖峰電壓：并聯(lián)二極管續(xù)流，接入RC電路等；防止干擾信號(hào)通過電路傳遞：光電耦合器、變壓器等進(jìn)行電路的電隔離） （2） 濾波（濾波器是由電阻、電感和電容構(gòu)成的電路網(wǎng)絡(luò)，利用電感和電容的阻抗和頻率的關(guān)系，將疊加在有用信號(hào)上的噪聲分離出來） （3） 屏蔽（通過各種屏蔽物體對(duì)外來電磁干擾的吸收或反射作用來防止噪聲侵入，或?qū)⒃O(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的輻射電磁能量限制在設(shè)備內(nèi)部，以防止干擾其他設(shè)備） （4） 布線（導(dǎo)線種類、粗細(xì)、走線方式、線距、對(duì)稱性、屏蔽方法、導(dǎo)線長短、捆扎或絞合方式對(duì)導(dǎo)線電感、電阻的耦合有直接影響） （5） 接地（屏蔽、濾波和接地技術(shù)密切相關(guān)）