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1、第第8 8章 典型电力电子装置介绍章 典型电力电子装置介绍 8.1 开关电源 8.2 有源功率因数校正装置 8.3 UPS 不间断电源 8.4 变频调速装置 8.1.1 开关电源的基本工作原理 1.线性稳压电源的工作原理及其特点 8.1 8.1 开关电源开关电源 图8-1 线性稳压电源 基本工作原理: 工频交流电源经过变压器降压、整流、滤 波后，通过电压负反馈组成闭环控制，使之成为一稳定的直流 电源。 这种稳压电源具有优良的纹波及动态响应特性，但同时存 在以下缺点: （1）输入采用50Hz工频变压器，体积庞大。 （2）电压调整器件（如图8-1所示的三极管）工作在线性放 大区内，损耗大、效率低。
2、 （3）过载能力差。 2.开关稳压电源的基本工作原理 其主电路的工作原理为: 50Hz单相交流220V电压或三相交 流220V/380V电压首先经EMI防电磁干扰的电源滤波器滤波（这 种滤波器主要滤除电源的高次谐波），直接整流滤波（不经过 工频变压器降压，滤波电路主要滤除整流后的低频脉动谐波）, 获得一直流电压，然后再将此直流电压经变换电路变换为数十 或数百千赫兹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。 图8-2 开关电源的原理框图 控制电路的工作原理是: 电源接上负载后，通过取样电 路获得其输出电压，将此电压与基准电压作比较
3、后，将其误差 值放大，用于控制驱动电路，控制变换器中功率开关管的占空 比,使输出电压升高（或降低），以获得稳定的输出电压。 3.开关稳压电源的控制原理 在脉冲宽度调制中，保持开关频率（开关周期T）不变，通 过改变ton 来改变占空比D，从而达到改变输出电压的目的，即 D越大，滤波后输出电压也就越大; D越小，滤波后输出电压越 小,如图8-3所示。 图8-3 PWM控制方式 4.开关稳压电源的特点 开关稳压电源具有如下的优点: （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。 开关电源的缺点主要是存在开关噪声干扰。 8.1.2 隔离式高频变换电路 1.
4、正激式变换电路 所谓正激式变换电路，是指开关电源中的变换器不仅起着调节 输出电压使其稳定的作用，还作为振荡器产生恒定周期T的方波，后 续电路中的脉冲变压器也具有振荡器的作用。 2.半桥变换电路 半桥变换电路又可称为半桥逆变电路，如图8-5（a）所示. 工频交流电源通过电源滤波器、整流滤波器后转换成图中所示 的直流电压Ui。VT1、VT2为功率开关管IGBT; TR为高频变压器， L、C3 组成LC滤波电路，二极管VD3、VD4 组成全波整流元件。 图8-4 正激式变换电路图 半桥变换电路的特点: 在一个开关周期T内，前半个周期流 过高频变压器的电流与后半个周期流过变压器的电流大小相等, 方向相
5、反。因此，变压器的磁芯工作在磁滞回线B-H的两端，磁 芯得到充分利用。 图8-5 半桥变换电路及波形 3.全桥变换电路 将半桥电路中的两个电解电容C1和C2换成另外两只开关管,并配 上相应的驱动电路即可组成如图8-6所示的全桥变换电路。 图8-6 全桥变换电路 8.1.3 开关电源的应用 图8-7 给出了 由开关电源构成的 电力系统用直流操 作电源的电路原理 图。 图8-7 直流操作电源的 电路的原理图 1.交流进线EMI滤波器 2.启动浪涌抑制电路 3.输出控制电路 图8-9 直流开关电源控制系统原理框图 4.SG3525的管脚功能 图8-10 SG3525内部结构图 5.IGBT驱动电路
6、8.2.1 有源功率因数校正的工作原理 8.2 8.2 有源功率因数校正装置有源功率因数校正装置 图8-12 Boost-APFC电路 8.2.2 APFC集成控制电路UC3854及其应用 图8-13 UC3854内部结构框图 图8-14 采用UC3854构成的APFC电路原理图 8.3.1 UPS的分类 1.离线式UPS电源 8.3 UPS8.3 UPS不间断电源不间断电源 图8-15 离线式UPS的结构框图 离线式UPS的特点如下: （1）当市电正常时，只是通过交流稳压后直接输出至负载,因此 电路对市电噪音以及浪涌的抑制能力较差。 （2）存在转换时间。 （3）保护性能较差。 （4）结构简单
7、，体积小，重量轻，控制容易，成本低。 2.在线式UPS电源 图8-16 在线式UPS的结构框图 在线式UPS的特点如下: （1）输出的电压经过UPS处理，输出电源品质较高。 （2）无转换时间。 （3）结构复杂，成本较高。 （4）保护性能好，对市电噪音以及浪涌的抑制能力强。 3.在线交互式UPS电源 图8-17 在线交互式UPS结构框图 在线交互式UPS的特点如下: （1）具有双向转换器，UPS电池充电时间较短。 （2）存在转换时间。 （3）控制结构复杂，成本较高。 （4）保护性能介于在线式与离线式UPS之间，对市电噪声和 浪涌的抑制能力较差。 8.3.2 UPS的整流器 图8-18 单相全桥P
8、WM整流电路 图8-19 单相全桥PWM整流电路波形 图8-20 电流电压同相位控制系统结构图 8.3.3 UPS中的逆变器 图8-21 UPS单相逆变电路 图8-22 UPS单相逆变 电路输出波形 图8-23 UPS逆变控制系统结构框图 8.3.4 UPS中的锁相技术 图8-24 基本锁相环路的方框图 8.3.5 UPS中的静态开关 所谓静态开关，是一种以双向晶闸管为基础构成的无触点 通断组件。 （a）非零电压开关 （b）零电压开关 图8-25 两种静态开关 图8-26 单相输出UPS静态 开关原理图 8.4.1 变频调速的基本控制方式 （1）基频以下的变频调速 E1 =4.44f1 N1 Km （2）基频以上的变频调速 8.4.2 SPWM变频调速装置 （1）在图8-27中，R为外接能耗制动电阻，当电动机正常工 作时，电力晶体管T截止，R中没有电流流过。 （2）控制电路 8.4 8.4 变频调速装置变频调速装置 图8-27 SPWM变频调速装置结构简图
