电力电子装置及系统课件.ppt

1、天津理工大学自动化学院天津理工大学自动化学院1 1、绪论、绪论u电力电子装置及系统概述电力电子装置及系统概述概念、分类、前景概念、分类、前景u半导体电力电子开关器件半导体电力电子开关器件BJCBJC、GTOGTO、IGBTIGBTu电力电子器件的应用技术电力电子器件的应用技术散热、缓冲、保护散热、缓冲、保护1.11.1电力电子装置及系统概述电力电子装置及系统概述绪论绪论 以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理额电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能过合理额电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置实现变

2、换和控制的装置1 1 电力电子装置的定义电力电子装置的定义1.11.1电力电子装置及系统概述电力电子装置及系统概述绪论绪论2 2 电力电子控制系统电力电子控制系统1.11.1电力电子装置及系统概述电力电子装置及系统概述绪论绪论3 3 电力电子装置的主要类型电力电子装置的主要类型uAC/DCAC/DC变换器变换器uDC/DCDC/DC变换器变换器uDC/ACDC/AC变换器变换器uAC/ACAC/AC变换器变换器u静态开关静态开关1.11.1电力电子装置及系统概述电力电子装置及系统概述绪论绪论4 4 电力电子装置的应用概况电力电子装置的应用概况u直流电源装置直流电源装置 通信电源、充电电源、电解

3、电镀直流电源、开关电源通信电源、充电电源、电解电镀直流电源、开关电源u交流电源装置交流电源装置 交流稳压电源、通用逆变电源、不间断交流稳压电源、通用逆变电源、不间断UPSUPS电源电源u特种电源装置特种电源装置 静电除尘的高压电源、超声波电源、感应加热电源、焊接电源静电除尘的高压电源、超声波电源、感应加热电源、焊接电源u电力系统用装置电力系统用装置 高压直流输电、无功功率补偿装置和电力有源滤波器、电力开关高压直流输电、无功功率补偿装置和电力有源滤波器、电力开关u电机调速用电力电子装置电机调速用电力电子装置u其它使用装置其它使用装置 电子整流器和电子变压器、空调电源、微波炉应急灯电源电子整流器和

4、电子变压器、空调电源、微波炉应急灯电源1.11.1电力电子装置及系统概述电力电子装置及系统概述绪论绪论5 5 电力电子装置的发展前景电力电子装置的发展前景u交流变频调速交流变频调速u绿色电力电子装置绿色电力电子装置u电动车电动车u新能源发电新能源发电u信息电源信息电源 1.2 1.2 半导体电力电子开关器件半导体电力电子开关器件绪论绪论1 1 电力二极管电力二极管u不可控单相导通器件不可控单相导通器件u散热散热u烧毁、击穿、开关特性烧毁、击穿、开关特性u反向恢复时间反向恢复时间trr 1.2 1.2 半导体电力电子开关器件半导体电力电子开关器件绪论绪论2 2 晶闸管（晶闸管（SCRSCR）u半

5、控开关器件半控开关器件uIG合适、合适、IAIL宽，通态宽，通态uIAIH，断态，主电路关断，断态，主电路关断u脉冲电流控制，脉宽脉冲电流控制，脉宽 1.2 1.2 半导体电力电子开关器件半导体电力电子开关器件绪论绪论门极可关断晶闸管（门极可关断晶闸管（GTOGTO）u正向和反向脉冲电流控制开正向和反向脉冲电流控制开通和关断通和关断u反向关断触发电流较大反向关断触发电流较大 1.2 1.2 半导体电力电子开关器件半导体电力电子开关器件绪论绪论3 3 电力晶体三极管（电力晶体三极管（BJTBJT）u电流型全控器件电流型全控器件u控制基极电流控制基极电流u二次击穿现象（限制功耗）二次击穿现象（限制

6、功耗）1.2 1.2 半导体电力电子开关器件半导体电力电子开关器件绪论绪论3 3 电力晶体三极管（电力晶体三极管（BJTBJT）开关过程、驱动电流开关过程、驱动电流utd 延迟时间延迟时间utr 集电极电流上升时间集电极电流上升时间utstg 存储时间存储时间utf 存集电极电流下降时存集电极电流下降时间间1.2 1.2 半导体电力电子开关器件半导体电力电子开关器件绪论绪论4 4 电力场效应晶体管（电力场效应晶体管（MOSFETMOSFET）u电压型全控器件电压型全控器件u开关速度快开关速度快u正温度系数正温度系数 1.2 1.2 半导体电力电子开关器件半导体电力电子开关器件绪论绪论4 4 电

7、力场效应晶体管（电力场效应晶体管（MOSFETMOSFET）特征参数特征参数u漏源击穿电压漏源击穿电压UDSBu最高工作频率最高工作频率f fmu开通时间开通时间ton和关断时间和关断时间toffu极间电容极间电容 1.2 1.2 半导体电力电子开关器件半导体电力电子开关器件绪论绪论5 5 绝缘门极双极型晶体管（绝缘门极双极型晶体管（IGBTIGBT）u复合管复合管u无二次击穿，但有擎住效应无二次击穿，但有擎住效应 1.2 1.2 半导体电力电子开关器件半导体电力电子开关器件绪论绪论6 MCT6 MCT和和IGCTIGCT1.2 1.2 半导体电力电子开关器件半导体电力电子开关器件绪论绪论7

8、7 半导体电力开关模块和电源集成电路半导体电力开关模块和电源集成电路u电力转换模块电力转换模块u功率集成电路功率集成电路PICPICu电电源管理集成电路电电源管理集成电路 1.3 1.3 电力电子器件的应用技术电力电子器件的应用技术绪论绪论1 1 散热技术散热技术 u散热的重要性散热的重要性u散热原理散热原理u散热措施散热措施 1.3 1.3 电力电子器件的应用技术电力电子器件的应用技术绪论绪论1 1 散热技术散热技术 u散热原理散热原理 1.3 1.3 电力电子器件的应用技术电力电子器件的应用技术绪论绪论2 2 缓冲技术缓冲技术 u开关损耗开关损耗u抑制开关器件的抑制开关器件的du/dt,d

9、u/dt,di/dtdi/dt 1.3 1.3 电力电子器件的应用技术电力电子器件的应用技术绪论绪论2 2 缓冲技术缓冲技术 关断缓冲电路关断缓冲电路 1.3 1.3 电力电子器件的应用技术电力电子器件的应用技术绪论绪论2 2 缓冲技术缓冲技术 开通缓冲电路开通缓冲电路 1.3 1.3 电力电子器件的应用技术电力电子器件的应用技术绪论绪论2 2 缓冲技术缓冲技术 复合缓冲电路复合缓冲电路 1.3 1.3 电力电子器件的应用技术电力电子器件的应用技术绪论绪论3 3 保护技术保护技术u过电流保护过电流保护u电流信号的检测电流信号的检测u输出过电压保护输出过电压保护u输入瞬态电压抑制输入瞬态电压抑制

10、u输入欠压保护输入欠压保护u过温保护过温保护u器件控制极保护器件控制极保护u自锁式保护电路自锁式保护电路2 2、高频开关电源、高频开关电源u高频开关电源概述高频开关电源概述现状、基本组成现状、基本组成u单端反激开关电源单端反激开关电源基本关系式、自激、他激基本关系式、自激、他激u功率因数为功率因数为1 1的高频整流器的高频整流器非连续、连续功率因数校正器非连续、连续功率因数校正器2.1 2.1 高频开关电源概述高频开关电源概述高频开关电源高频开关电源u 线性稳压电源线性稳压电源(功耗大功耗大)1 1 发展状况发展状况2.1 2.1 高频开关电源概述高频开关电源概述高频开关电源高频开关电源u 开

11、关电源发展状况开关电源发展状况1 1 发展状况发展状况 高频化高频化 电源电路的模块化、集成化电源电路的模块化、集成化 绿色化绿色化2.1 2.1 高频开关电源概述高频开关电源概述高频开关电源高频开关电源u 开关电源的输入环节开关电源的输入环节2 2 高频开关电源的基本组成高频开关电源的基本组成 输入浪涌电流和瞬态电压抑制输入浪涌电流和瞬态电压抑制 线路滤波器线路滤波器 输入整流滤波输入整流滤波2.1 2.1 高频开关电源概述高频开关电源概述高频开关电源高频开关电源u 功率变换电路功率变换电路2 2 高频开关电源的基本组成高频开关电源的基本组成2.1 2.1 高频开关电源概述高频开关电源概述高

12、频开关电源高频开关电源u 控制及保护电路控制及保护电路3 3 高频开关电源的基本组成高频开关电源的基本组成 PWMPWM电压控制模式电压控制模式 PWMPWM峰值电流控制模式峰值电流控制模式 开关电源的保护开关电源的保护2.1 2.1 高频开关电源概述高频开关电源概述高频开关电源高频开关电源u 控制及保护电路控制及保护电路3 3 高频开关电源的基本组成高频开关电源的基本组成 PWMPWM电压控制模式电压控制模式2.1 2.1 高频开关电源概述高频开关电源概述高频开关电源高频开关电源u 控制及保护电路控制及保护电路3 3 高频开关电源的基本组成高频开关电源的基本组成 PWMPWM峰值电流控制模式

13、峰值电流控制模式2.2 2.2 单端反激开关电源单端反激开关电源高频开关电源高频开关电源1 1 单端反激电源的基本关系式单端反激电源的基本关系式电流增量电流增量:磁通增量磁通增量:1 1）开关管导通：）开关管导通：2 2）开关管关断：）开关管关断：电流减量电流减量:磁通减量磁通减量:u共同关系式共同关系式2.2 2.2 单端反激电源的基本关系式单端反激电源的基本关系式高频开关电源高频开关电源1 1 共同关系式共同关系式3 3）一个周期内磁通的增量等于磁通的减少量）一个周期内磁通的增量等于磁通的减少量4 4）CECE结承受的电压结承受的电压2.2 2.2 单端反激电源的基本关系式单端反激电源的基

14、本关系式高频开关电源高频开关电源u连续工作模式连续工作模式u不连续工作模式不连续工作模式2.2 2.2 单端反激开关电源单端反激开关电源高频开关电源高频开关电源2 2 自激型单端反激开关电源自激型单端反激开关电源基本原理基本原理2.2 2.2 单端反激开关电源单端反激开关电源高频开关电源高频开关电源2 2 他激型单端反激开关电源他激型单端反激开关电源基本原理基本原理2.4 2.4 功率因数为功率因数为1 1的高频整流器的高频整流器高频开关电源高频开关电源1 1 非连续电流模式功率因数校正器非连续电流模式功率因数校正器基本原理基本原理2.4 2.4 功率因数为功率因数为1 1的高频整流器的高频整

15、流器高频开关电源高频开关电源2 2 连续电流模式功率因数校正器连续电流模式功率因数校正器基本原理基本原理2.4 2.4 功率因数为功率因数为1 1的高频整流器的高频整流器高频开关电源高频开关电源3 3 三相高频整流器三相高频整流器基于滞环电流控制的基于滞环电流控制的PWMPWM高频整流器高频整流器基本工作原理基本工作原理2.4 2.4 功率因数为功率因数为1 1的高频整流器的高频整流器高频开关电源高频开关电源3 3 三相高频整流器三相高频整流器基于滞环电流控制的基于滞环电流控制的PWMPWM高频整流器高频整流器例子：例子：2.4 2.4 功率因数为功率因数为1 1的高频整流器的高频整流器高频开

16、关电源高频开关电源3 3 三相高频整流器三相高频整流器基于滞环电流控制的基于滞环电流控制的PWMPWM高频整流器高频整流器控制系统：控制系统：2.4 2.4 功率因数为功率因数为1 1的高频整流器的高频整流器高频开关电源高频开关电源3 3 三相高频整流器三相高频整流器自然采样自然采样SPWMSPWM控制控制2.4 2.4 功率因数为功率因数为1 1的高频整流器的高频整流器高频开关电源高频开关电源3 3 三相高频整流器三相高频整流器空间矢量控制空间矢量控制3 3、逆变器、逆变器u恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器 单相、三相恒压恒频正弦波逆变器单相、三相恒压恒频正弦波逆变器u交流电动机变频

17、调速系统交流电动机变频调速系统 变频调速概论、装置、高压变频器变频调速概论、装置、高压变频器u感应加热电源感应加热电源 高频谐振逆变器原理、控制高频谐振逆变器原理、控制3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器1 1 逆变器概论逆变器概论主电路结构主电路结构3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器1 1 逆变器概论逆变器概论驱动电路驱动电路 主电路与控制电路的接口主电路与控制电路的接口 减少损耗，提高运行效率减少损耗，提高运行效率 基本任务基本任务3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器1 1 逆变器概论逆变器概

18、论控制方法控制方法3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器1 1 逆变器概论逆变器概论控制方法控制方法直流脉宽调制直流脉宽调制3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器1 1 逆变器概论逆变器概论控制方法控制方法正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器1 1 逆变器概论逆变器概论直流不平衡问题直流不平衡问题产生的原因：产生的原因：3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器1 1 逆变器概论逆变器概论直流不平衡问题直流不平衡问题危害：危害：输出电压畸变率增加输出

19、电压畸变率增加 元边产生极大的励磁电流元边产生极大的励磁电流3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器1 1 逆变器概论逆变器概论直流不平衡问题直流不平衡问题措施：措施：静态（控制电路和主电路参静态（控制电路和主电路参 数不一致）数不一致）动态（温漂和负载变化）动态（温漂和负载变化）模拟补偿方法模拟补偿方法3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器1 1 逆变器概论逆变器概论直流不平衡问题直流不平衡问题措施：措施：数字补偿方法数字补偿方法3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器1 1 逆变器概论逆变器概论输出电压波

20、形控制输出电压波形控制 开环控制开环控制 闭环控制闭环控制3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器2 2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例单相恒压恒频正弦波逆变器实例主电路主电路3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器2 2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例单相恒压恒频正弦波逆变器实例控制系统控制系统3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器2 2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例单相恒压恒频正弦波逆变器实例控制系统控制系统数字分频系统数字分频系统3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器2 2 单

21、相恒压恒频正弦波逆变器实例单相恒压恒频正弦波逆变器实例控制系统控制系统标准正弦波形成电路标准正弦波形成电路3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器2 2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例单相恒压恒频正弦波逆变器实例控制系统控制系统三角波形成电路三角波形成电路隔直、比例、积分隔直、比例、积分3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器2 2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例单相恒压恒频正弦波逆变器实例控制系统控制系统SPWMSPWM形成电路形成电路3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器2 2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例单

22、相恒压恒频正弦波逆变器实例驱动电路驱动电路3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器2 2 单相恒压恒频正弦波逆变器实例单相恒压恒频正弦波逆变器实例辅助电源（辅助电源（3 3路独立电源路独立电源）3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器3 3 三相恒压恒频正弦波逆变器三相恒压恒频正弦波逆变器主电路主电路3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器3 3 三相恒压恒频正弦波逆变器三相恒压恒频正弦波逆变器SPWMSPWM三相逆变器三相逆变器系统组成系统组成3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变

23、器3 3 三相恒压恒频正弦波逆变器三相恒压恒频正弦波逆变器SPWMSPWM三相逆变器三相逆变器门极驱动门极驱动3.1 3.1 恒频恒压正弦波逆变器恒频恒压正弦波逆变器逆变器逆变器3 3 三相恒压恒频正弦波逆变器三相恒压恒频正弦波逆变器控制器的设计控制器的设计3.2 3.2 交流电动机变频调速系统交流电动机变频调速系统逆变器逆变器1 1 变频调速概论变频调速概论变频调速原理变频调速原理3.2 3.2 交流电动机变频调速系统交流电动机变频调速系统逆变器逆变器1 1 变频调速概论变频调速概论控制方法控制方法正弦脉宽调制技术正弦脉宽调制技术SPWMSPWM 电压利用率较低电压利用率较低 开关次数多，损

24、耗大开关次数多，损耗大3.2 3.2 交流电动机变频调速系统交流电动机变频调速系统逆变器逆变器1 1 变频调速概论变频调速概论控制方法控制方法电压空间矢量脉宽调制技术电压空间矢量脉宽调制技术SVPWMSVPWM3.2 3.2 交流电动机变频调速系统交流电动机变频调速系统逆变器逆变器1 1 变频调速概论变频调速概论控制方法控制方法电压空间矢量脉宽调制技术电压空间矢量脉宽调制技术SVPWMSVPWM3.2 3.2 交流电动机变频调速系统交流电动机变频调速系统逆变器逆变器1 1 变频调速概论变频调速概论控制方法控制方法电压空间矢量脉宽调制技术电压空间矢量脉宽调制技术SVPWMSVPWM3.2 3.2

25、 交流电动机变频调速系统交流电动机变频调速系统逆变器逆变器1 1 变频调速概论变频调速概论控制方法控制方法电压空间矢量脉宽调制技术电压空间矢量脉宽调制技术SVPWMSVPWM3.2 3.2 交流电动机变频调速系统交流电动机变频调速系统逆变器逆变器1 1 变频调速概论变频调速概论控制方法控制方法电压空间矢量脉宽调制技术电压空间矢量脉宽调制技术SVPWMSVPWM3.2 3.2 交流电动机变频调速系统交流电动机变频调速系统逆变器逆变器1 1 变频调速概论变频调速概论控制方法控制方法电压空间矢量脉宽调制技术电压空间矢量脉宽调制技术SVPWMSVPWM3.2 3.2 交流电动机变频调速系统交流电动机变

26、频调速系统逆变器逆变器1 1 变频调速概论变频调速概论控制方法控制方法电压空间矢量脉宽调制技术电压空间矢量脉宽调制技术SVPWMSVPWM3.2 3.2 交流电动机变频调速系统交流电动机变频调速系统逆变器逆变器2 2 智能功率模块变频调速装置智能功率模块变频调速装置功率模块功率模块IPMIPM3.2 3.2 交流电动机变频调速系统交流电动机变频调速系统逆变器逆变器2 2 智能功率模块变频调速装置智能功率模块变频调速装置控制电路控制电路3.2 3.2 交流电动机变频调速系统交流电动机变频调速系统逆变器逆变器3 3 高压变频器高压变频器3.3 3.3 感应加热电源感应加热电源逆变器逆变器利用利用电

27、磁感应原理电磁感应原理对工件进行加热对工件进行加热电磁变换频率越高，发热效率越高电磁变换频率越高，发热效率越高传统由电子管振荡式变换器产生传统由电子管振荡式变换器产生3.3 3.3 感应加热电源感应加热电源逆变器逆变器1 1 高频谐振逆变器的工作原理高频谐振逆变器的工作原理并联谐振式逆变电路并联谐振式逆变电路3.3 3.3 感应加热电源感应加热电源逆变器逆变器1 1 高频谐振逆变器的工作原理高频谐振逆变器的工作原理串联谐振式逆变电路串联谐振式逆变电路3.3 3.3 感应加热电源感应加热电源逆变器逆变器2 2 高频感应加热电源的控制高频感应加热电源的控制 逆变电路功率调节逆变电路功率调节 场效应

28、管的驱动场效应管的驱动开关过程的寄生振荡及其抑制开关过程的寄生振荡及其抑制4 4、不间断电源、不间断电源UPSUPSuUPSUPS的功能及原理的功能及原理工作原理、发展方向工作原理、发展方向uUPSUPS的组成和设计的组成和设计蓄电池组、整流器和蓄电池组、整流器和PFCPFC、逆变器、逆变器uUPSUPS输出电压控制输出电压控制波形控制、同步锁相技术、快速检测波形控制、同步锁相技术、快速检测4.1 UPS4.1 UPS的功能及原理的功能及原理不间断电源不间断电源UPSUPS1 1 概述概述4.1 UPS4.1 UPS的功能及原理的功能及原理不间断电源不间断电源UPSUPS2 UPS2 UPS的

29、类型及其工作原理的类型及其工作原理分类：分类：方波、梯形波、正弦波方波、梯形波、正弦波动态、静态动态、静态后备式、双变换式、在线互动式、双变换电压补偿后备式、双变换式、在线互动式、双变换电压补偿在线式在线式4.1 UPS4.1 UPS的功能及原理的功能及原理不间断电源不间断电源UPSUPS2 UPS2 UPS的类型及其工作原理的类型及其工作原理后备式后备式UPSUPS4.1 UPS4.1 UPS的功能及原理的功能及原理不间断电源不间断电源UPSUPS2 UPS2 UPS的类型及其工作原理的类型及其工作原理双变换在线式双变换在线式UPSUPS4.1 UPS4.1 UPS的功能及原理的功能及原理不

30、间断电源不间断电源UPSUPS2 UPS2 UPS的类型及其工作原理的类型及其工作原理双变换在线式双变换在线式UPSUPS（高频机）（高频机）4.1 UPS4.1 UPS的功能及原理的功能及原理不间断电源不间断电源UPSUPS2 UPS2 UPS的类型及其工作原理的类型及其工作原理在线互动式在线互动式UPSUPS4.1 UPS4.1 UPS的功能及原理的功能及原理不间断电源不间断电源UPSUPS2 UPS2 UPS的类型及其工作原理的类型及其工作原理DeltaDelta变换式变换式UPSUPS4.1 UPS4.1 UPS的功能及原理的功能及原理不间断电源不间断电源UPSUPS3 3 典型典型U

31、PSUPS的性能对比的性能对比4.1 UPS4.1 UPS的功能及原理的功能及原理不间断电源不间断电源UPSUPS3 3 典型典型UPSUPS的性能对比的性能对比4.1 UPS4.1 UPS的功能及原理的功能及原理不间断电源不间断电源UPSUPS3 3 典型典型UPSUPS的性能对比的性能对比4.1 UPS4.1 UPS的功能及原理的功能及原理不间断电源不间断电源UPSUPS4 UPS4 UPS的发展方向的发展方向提高逆变器的开关频率提高逆变器的开关频率应用新型开关器件实现高效率、小型化应用新型开关器件实现高效率、小型化采用微机控制实现采用微机控制实现UPSUPS的智能化和网络化的智能化和网络

32、化采用全数字控制手段、满足各种负荷的要求、减少采用全数字控制手段、满足各种负荷的要求、减少谐波提高可靠性谐波提高可靠性设置必要的功率因数校正装置，实现设置必要的功率因数校正装置，实现UPSUPS的绿色化的绿色化采用冗余并机技术，提高采用冗余并机技术，提高UPSUPS的容量和可靠性的容量和可靠性4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计不间断电源不间断电源UPSUPS整流器、逆变器、蓄电池组、交流滤波器、静态开关、旁路电源、整流器、逆变器、蓄电池组、交流滤波器、静态开关、旁路电源、备用电网、整流器触发控制电路、逆变器触发控制电路、静态开关备用电网、整流器触发控制电路、逆变器触发控制电路

33、、静态开关控制电路、辅助电路控制电路、辅助电路不间断电源不间断电源UPSUPS1 1 蓄电池组蓄电池组4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计蓄电池的种类及其工作原理蓄电池的种类及其工作原理不间断电源不间断电源UPSUPS1 1 蓄电池组蓄电池组4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计蓄电池的基本性能指标蓄电池的基本性能指标 容量容量 放电率放电率放电电流放电电流放电终止电压放电终止电压自放电率自放电率不间断电源不间断电源UPSUPS1 1 蓄电池组蓄电池组4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计蓄电池的充电和维护蓄电池的充电和维护初充电初充电正常充电正常充

34、电维护维护均衡充电均衡充电限制充电电流限制充电电流充电充电电池管理系统电池管理系统连续浮充制连续浮充制不间断电源不间断电源UPSUPS1 1 蓄电池组蓄电池组4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计UPSUPS蓄电池容量的选择蓄电池容量的选择（1 1）蓄电池的最大放电电流）蓄电池的最大放电电流（2 2）根据工作温度和用户确定的蓄电池后备工作时间，）根据工作温度和用户确定的蓄电池后备工作时间，查放电特性曲线表，得到电池组的放电速率值查放电特性曲线表，得到电池组的放电速率值（3 3）标称容量）标称容量不间断电源不间断电源UPSUPS2 2 整流器和整流器和PFCPFC电路电路4.2 U

35、PS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计整流器在整流器在UPSUPS中的作用中的作用市电交流转化为直流电，经滤波后供给逆变器市电交流转化为直流电，经滤波后供给逆变器给蓄电池提供充电电压给蓄电池提供充电电压功能功能 输出电压大小能调节输出电压大小能调节 输出稳定输出稳定一定的过载能力一定的过载能力纹波小纹波小保护和报警功能保护和报警功能启动平稳，运行稳定启动平稳，运行稳定要求要求不间断电源不间断电源UPSUPS2 2 整流器和整流器和PFCPFC电路电路4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计整流器和充电器整流器和充电器小容量的小容量的UPSUPS将整流器和充电器分开将整流器和充电

36、器分开 整流器电压一般不稳定整流器电压一般不稳定 蓄电池充电电流不能过大蓄电池充电电流不能过大因为：因为：大容量的大容量的UPSUPS将整流器和充电器整合将整流器和充电器整合 控制电路成本比例小控制电路成本比例小不间断电源不间断电源UPSUPS2 2 整流器和整流器和PFCPFC电路电路4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计整流器和充电器整流器和充电器小容量的小容量的UPSUPS将整流器和充电器分开将整流器和充电器分开 整流器电压一般不稳定整流器电压一般不稳定 蓄电池充电电流不能过大蓄电池充电电流不能过大因为：因为：大容量的大容量的UPSUPS将整流器和充电器整合将整流器和充电器

37、整合 控制电路成本比例小控制电路成本比例小不间断电源不间断电源UPSUPS2 2 整流器和整流器和PFCPFC电路电路4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计整流器和充电器整流器和充电器小容量的小容量的UPSUPS大容量的大容量的UPSUPS 整流充电分开整流充电分开 开关电源作为充电器开关电源作为充电器恒压或恒压限流充电恒压或恒压限流充电 整流充电合二为一整流充电合二为一 一体一体分级充电控制分级充电控制不间断电源不间断电源UPSUPS2 2 整流器和整流器和PFCPFC电路电路4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计功率因数校正电路（功率因数校正电路（PFCPFC）

38、不间断电源不间断电源UPSUPS3 3 逆变器逆变器4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计逆变器在逆变器在UPSUPS中的作用中的作用 能输出一个电压稳定的交流电能输出一个电压稳定的交流电 能输出频率稳定的交流电能输出频率稳定的交流电输出的电压和频率，在一定的范围内可以调节输出的电压和频率，在一定的范围内可以调节具有一定的过载能力具有一定的过载能力谐波成分尽量小谐波成分尽量小保护报警功能保护报警功能快速暂态响应快速暂态响应要求要求不间断电源不间断电源UPSUPS3 3 逆变器逆变器4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计UPSUPS逆变器中的类型逆变器中的类型不间断电

39、源不间断电源UPSUPS3 3 逆变器逆变器4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计UPSUPS逆变器主电路结构选择逆变器主电路结构选择分类：分类：全桥、半桥、推挽全桥、半桥、推挽输入输出隔离、不隔离输入输出隔离、不隔离MOSFETMOSFET、IGBTIGBT不间断电源不间断电源UPSUPS3 3 逆变器逆变器4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计UPSUPS逆变器主电路实例逆变器主电路实例不间断电源不间断电源UPSUPS4 4 逆变、市电的切换电路逆变、市电的切换电路4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计不间断电源不间断电源UPSUPS4 4 逆变、

40、市电的切换电路逆变、市电的切换电路4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计机械继电器机械继电器不间断电源不间断电源UPSUPS4 4 逆变、市电的切换电路逆变、市电的切换电路4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计静态开关静态开关不间断电源不间断电源UPSUPS4 4 逆变、市电的切换电路逆变、市电的切换电路4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计混合式开关混合式开关不间断电源不间断电源UPSUPS5 5 滤波电路滤波电路4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计分类：分类：交流滤波交流滤波直流电压滤波直流电压滤波交流输出滤波交流输出滤波不间断电源

41、不间断电源UPSUPS5 5 滤波电路滤波电路4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计输出滤波电感、电容选择输出滤波电感、电容选择不间断电源不间断电源UPSUPS6 6 旁路控制电源和系统辅助电源旁路控制电源和系统辅助电源4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计 给静态开关供电给静态开关供电 一般取市电为旁路电源一般取市电为旁路电源通常由隔离变压器降压、不控整流器、滤波器、稳压控制器等组成通常由隔离变压器降压、不控整流器、滤波器、稳压控制器等组成12V,12V,20V20V，5V5V采用单端反激开关电源的采用单端反激开关电源的DC/DCDC/DC变换器作辅助电源变换器作

42、辅助电源不间断电源不间断电源UPSUPS7 7 接地装置、保护和报警系统接地装置、保护和报警系统4.2 UPS4.2 UPS的组成和设计的组成和设计 目的：在正常的事故以及雷击的情况下，利用大地作为接地电流回目的：在正常的事故以及雷击的情况下，利用大地作为接地电流回路的一个元件，从而将设备接地处固定为所允许的接地电位路的一个元件，从而将设备接地处固定为所允许的接地电位 要求：减小接地电阻，注意接地处地面上的人和设备的安全，接地要求：减小接地电阻，注意接地处地面上的人和设备的安全，接地要可靠，避免假接地要可靠，避免假接地接地方式：接地方式：UPSUPS装置外壳接地、电源装置触发控制电路及其控制回

43、路装置外壳接地、电源装置触发控制电路及其控制回路中的逻辑中的逻辑“地地”接地、避雷接地接地、避雷接地接地装置接地装置不间断电源不间断电源UPSUPS4.2 UPS4.2 UPS输出电压控制输出电压控制 输出电压稳定以及工作可靠，而且要求其输出电压正弦度要好输出电压稳定以及工作可靠，而且要求其输出电压正弦度要好 过电压保护过电压保护 欠电压保护欠电压保护短路保护短路保护过热保护过热保护蓄电池的液面和温度保护蓄电池的液面和温度保护三相输入型三相输入型UPSUPS的输入电压异常的保护的输入电压异常的保护保护和报警系统保护和报警系统7 7 接地装置、保护和报警系统接地装置、保护和报警系统不间断电源不间

44、断电源UPSUPS1 UPS1 UPS输出电压波形控制输出电压波形控制4.3 UPS4.3 UPS输出电压控制输出电压控制 输出电压稳定以及工作可靠，而且要求其输出电压正弦度要好输出电压稳定以及工作可靠，而且要求其输出电压正弦度要好 电压正弦度要好，动态响应速度快电压正弦度要好，动态响应速度快要求：要求：不间断电源不间断电源UPSUPS2 UPS2 UPS同步锁相技术同步锁相技术4.3 UPS4.3 UPS输出电压控制输出电压控制 使逆变器与市电保持相位同步运行，为了避免使逆变器与市电保持相位同步运行，为了避免UPSUPS的逆的逆变器与市电旁路之间相互切换时对负载产生过大的冲击。变器与市电旁路

45、之间相互切换时对负载产生过大的冲击。逆变器输出必须与市电保持频率相位一致（限定范围内）逆变器输出必须与市电保持频率相位一致（限定范围内）50Hz50Hz同步信号（超过限定范围或市电掉电）同步信号（超过限定范围或市电掉电）不间断电源不间断电源UPSUPS2 UPS2 UPS同步锁相技术同步锁相技术4.3 UPS4.3 UPS输出电压控制输出电压控制锁相环工作原理：锁相环工作原理：不间断电源不间断电源UPSUPS2 UPS2 UPS同步锁相技术同步锁相技术4.3 UPS4.3 UPS输出电压控制输出电压控制锁相环工作原理：锁相环工作原理：不间断电源不间断电源UPSUPS2 UPS2 UPS同步锁相

46、技术同步锁相技术4.3 UPS4.3 UPS输出电压控制输出电压控制锁相环工作原理：锁相环工作原理：不间断电源不间断电源UPSUPS2 UPS2 UPS同步锁相技术同步锁相技术4.3 UPS4.3 UPS输出电压控制输出电压控制传统锁相环设计传统锁相环设计不间断电源不间断电源UPSUPS4.3 UPS4.3 UPS输出电压控制输出电压控制数字锁相环设计数字锁相环设计相位误差检测相位误差检测市电过零点检测市电过零点检测2 UPS2 UPS同步锁相技术同步锁相技术不间断电源不间断电源UPSUPS4.3 UPS4.3 UPS输出电压控制输出电压控制数字锁相环设计数字锁相环设计2 UPS2 UPS同步

47、锁相技术同步锁相技术不间断电源不间断电源UPSUPS4.3 UPS4.3 UPS输出电压控制输出电压控制数字锁相环设计数字锁相环设计调节周期进而调节频率调节周期进而调节频率UPSUPS输出电压：输出电压：2 UPS2 UPS同步锁相技术同步锁相技术不间断电源不间断电源UPSUPS4.3 UPS4.3 UPS输出电压控制输出电压控制数字锁相环设计数字锁相环设计2 UPS2 UPS同步锁相技术同步锁相技术不间断电源不间断电源UPSUPS4.3 UPS4.3 UPS输出电压控制输出电压控制数字锁相环设计数字锁相环设计2 UPS2 UPS同步锁相技术同步锁相技术不间断电源不间断电源UPSUPS4.3

48、UPS4.3 UPS输出电压控制输出电压控制3 UPS3 UPS交流电压幅值快速检测交流电压幅值快速检测5 5、直流、直流-直流变流装置直流变流装置u应用直流斩波变换的调速系统应用直流斩波变换的调速系统直流电动机无触点启动器、四象限斩波调速直流电动机无触点启动器、四象限斩波调速u滑差电机的调速系统滑差电机的调速系统u具有中间变换环节的具有中间变换环节的DC/DCDC/DC变换器变换器主电路、控制电路工作原理、驱动电路及主电路、控制电路工作原理、驱动电路及IGBTIGBT的短路保的短路保护护直流直流-直流变流装置直流变流装置5.1 5.1 应用直流斩波变换的调速系统应用直流斩波变换的调速系统1

49、1 直流电动机无触点启动器直流电动机无触点启动器直流电动机启动过程直流电动机启动过程启动时，电流过大的根源！启动时，电流过大的根源！直流直流-直流变流装置直流变流装置5.1 5.1 应用直流斩波变换的调速系统应用直流斩波变换的调速系统1 1 直流电动机无触点启动器直流电动机无触点启动器限流方法：限流方法：串加外接电阻串加外接电阻 改变外加电压改变外加电压直流直流-直流变流装置直流变流装置5.1 5.1 应用直流斩波变换的调速系统应用直流斩波变换的调速系统1 1 直流电动机无触点启动器直流电动机无触点启动器无触点启动器：无触点启动器：主电路主电路控制电路控制电路 （1 1）电流调节）电流调节 （

50、2 2）滞环限流电路滞环限流电路 （3 3）记忆封锁）记忆封锁 直流直流-直流变流装置直流变流装置5.1 5.1 应用直流斩波变换的调速系统应用直流斩波变换的调速系统2 2 四象限斩波调速系统四象限斩波调速系统主电路：主电路：直流直流-直流变流装置直流变流装置5.1 5.1 应用直流斩波变换的调速系统应用直流斩波变换的调速系统2 2 四象限斩波调速系统四象限斩波调速系统调速系统：调速系统：直流直流-直流变流装置直流变流装置5.2 5.2 滑差电机调速系统滑差电机调速系统1 1 滑差电机调速原理滑差电机调速原理调速系统：调速系统：异步电动机异步电动机 电磁离合器电磁离合器 直流斩波直流斩波直流直