大工秋《電源技術(shù)》輔導(dǎo)資料十八

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1、電源技術(shù)輔導(dǎo)資料十八 主 題：第五、六、七章復(fù)習(xí)資料 學(xué)習(xí)時(shí)間：2011年2月14日－2月20日 內(nèi) 容： 我們這周主要學(xué)習(xí)第五、六、七章“UPS不間斷電源”、“交流穩(wěn)壓電源”、“整流電路”的內(nèi)容，掌握重點(diǎn)知識點(diǎn)。 一、學(xué)習(xí)要求 1．掌握UPS不間斷電源的相關(guān)技術(shù)； 2．掌握交流穩(wěn)壓電源的相關(guān)技術(shù)； 3．掌握整流電路的主電路及工作原理 二、主要內(nèi)容 1．UPS不間斷電源的相關(guān)技術(shù) UPS分類 按輸入輸出相數(shù)分：單進(jìn)單出、三進(jìn)單出和三進(jìn)三出UPS。 UPS方框圖 現(xiàn)在的UPS電源工業(yè)，可向用戶提供如下幾種類型的UPS電源品種：后備式UPS ;在線互動(dòng)式UP

2、S ;三端式UPS ;雙變換在線式UPS ;Delta變換型UPS 后備式UPS 存在轉(zhuǎn)換時(shí)間。 保護(hù)性能較差。 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，控制容易，成本低。 在線式UPS電源 輸出的電壓經(jīng)過UPS處理，輸出電源品質(zhì)較高。 無轉(zhuǎn)換時(shí)間。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 保護(hù)性能好，對市電噪音以及浪涌的抑制能力強(qiáng)。 在線交互式UPS電源 具有雙向轉(zhuǎn)換器， UPS電池充電間較短。 存在轉(zhuǎn)換時(shí)間。 控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 保護(hù)性能介于在線式與離線式UPS之間，對市電噪聲和浪涌的抑制能力較差。 UPS電源的主要性能和技術(shù)指標(biāo) （ 輸入特性輸出特性保護(hù)性能 ）

3、 輸入特性 輸入電壓范圍 頻率輸入范圍 輸入功率因數(shù) 輸入電流諧波 輸入頻率范圍 頻率跟蹤速率 輸出特性 輸出電壓波形失真度 輸出電壓穩(wěn)壓精度 輸出功率因數(shù) 三相不平衡能力 UPS輸出效率 保護(hù)性能 輸入保護(hù)特性 輸出過壓／欠壓保護(hù)特性 輸出過載／短路保護(hù) 電池低壓保護(hù) UPS的其他保護(hù)性能 UPS逆變工作原理及主要技術(shù) 中、大功率UPS的整流器一般采用相控式整流電路。相控式整流電路結(jié)構(gòu)簡單，控制技術(shù)成熟，但交流輸入功率因數(shù)低并向電網(wǎng)注入大量的諧波電流。 電流型逆變電路進(jìn)行PWM控制，得到的就是PWM電流波。 PWM整流電路也可分為電壓型和電流

4、型兩大類，目前電壓型的較多。 單相PWM整流電路 半橋電路直流側(cè)電容必須由兩個(gè)電容串聯(lián)，其中點(diǎn)和交流電源連接。 UPS中的逆變器 正弦波輸出的UPS通常采用SPWM逆變器，這是一種抑制諧波分量的最有效的方法，有單相輸出，也有三相輸出。對于小功率的UPS，電路中的開關(guān)器件一般采用MOSFET管；而對于大功率的UPS，則采用IGBT管。 UPS中的鎖相技術(shù) 鎖相就是利用兩個(gè)信號的相位差，通過轉(zhuǎn)換裝置形成控制信號，以強(qiáng)迫兩個(gè)信號相位同步的一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，稱為鎖相環(huán)或環(huán)路。 基本的鎖相環(huán)路由鑒相器、低通濾波器和壓控振蕩器組成 基本鎖相環(huán)路的方框圖 UPS中的靜態(tài)開關(guān) 所謂靜態(tài)開關(guān)

5、，是一種以雙向晶閘管為基礎(chǔ)構(gòu)成的無觸點(diǎn)通斷組件。這種電路相對于輸入信號的交流電源的任意相位均可同步接通，稱為非零電壓開關(guān)。 靜態(tài)開關(guān)的切換有兩種方式：同步切換和非同步切換。 絕大部分在線式UPS除了具有同步方式外，還具有非同步切換方式。 很明顯，非同步切換方式會(huì)造成負(fù)載短時(shí)間斷電。 2．交流穩(wěn)壓電源的相關(guān)技術(shù) 交流穩(wěn)壓電源的分類及特點(diǎn) 能夠提供一個(gè)穩(wěn)定電壓和頻率的電源稱交流穩(wěn)定電源。目前國內(nèi)多數(shù)廠家所做的工作是交流電壓穩(wěn)定。下面結(jié)合市場有的交流穩(wěn)壓電源簡述其分類特點(diǎn)。 參數(shù)調(diào)整（諧振）型 自耦（變比）調(diào)整型 改變抽頭型 大功率補(bǔ)償型 開關(guān)型交流穩(wěn)壓電源 電子調(diào)節(jié)式穩(wěn)壓電

6、源原理 電子調(diào)節(jié)式穩(wěn)壓電源由交流調(diào)整回路與直流控制回路兩大部分組成。交流調(diào)整回路包括自耦變壓器（N1、N2）和可變電抗器N3。 直流控制回路主要包括取樣、放大和保護(hù)等電路。 3．整流電路的主電路及工作原理 AC/DC變流器分類 按整流相數(shù)分 單相電路：單脈波或雙脈波 三相電路：三脈波或六脈波 多相電路：P脈波。 按電路控制特點(diǎn)分 半控型整流電路。 全控型整流電路。 單相AC/DC變流器 硅整流二極管的主要參數(shù)： 額定正向整流電流IF(平均值) 正向電壓降UF(平均值) 反向漏電流IB(平均值) 最高反向工作電壓UR(峰值) 擊穿電壓UB(峰值) 額定結(jié)溫T

7、JM(℃)： 晶閑管導(dǎo)通要具備下列兩個(gè)條件：陽-陰極之間加有正向電壓；門—陰極之間加正向電壓和電流(觸發(fā)脈沖)。這兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足，缺一不可。 正弦電量的有效值和平均值 有效值是從電流的熱效應(yīng)來定義的。 單相半波整流電路 電壓和電流的平均值 電壓和電流的有效值 單相半波可控整流電路 上圖所示是最簡單的單相半波可控整流電路。 單相AC/DC變流器 單相全波可控整流電路 單相半波可控整流電路只適用于小功率的場合，在實(shí)際應(yīng)用中，廣泛應(yīng)用的是單相全波可控整流電路。 單相橋式全控整流；單相橋式半控整流；單相雙半波可控整流 1）單相橋式全控整流 A.電阻負(fù)載 盡管整流電路

8、的輸入電壓是交變的，但流過負(fù)載RL上的電流方向是相同的，1個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)2次，從而使直流輸出電壓、電流的脈動(dòng)程度較前述的單相半波電路得到了改善，電路正、負(fù)半周期均能工作 直流輸出電壓的平均值是半波可控整流的2倍 α＝0時(shí)，Uoa最大； α＝ π時(shí)，Uoa＝0 所以阻性負(fù)載的移相范圍π 輸出電流的平均值 輸出電壓的有效值 輸出電流有效值就是變壓器二次電流有效值 B．單相橋式全控整流電路（電感負(fù)載） 輸出電壓的平均值 當(dāng)α＝0，Ud＝0.9U2；當(dāng)α＝90。，Ud＝0，所以移相角為90。 晶閘管導(dǎo)通角＝180。，與α大小無關(guān)，它承受的最大反向耐壓值 輸出電流的平均值和有效值

9、id為恒定的直流，輸出電流的平均值和有效值相等，這個(gè)有效值也是變壓器二次電流的有效值，Id＝I2 單相橋式半控整流電路 在單相橋式全按整流電路中，將共陽極的兩只晶閘管(V2、V4)換成功率二極管，這樣就構(gòu)成了單相橋式半控整流電路 輸出電壓平均值 失控現(xiàn)象及其預(yù)防 電源正半周當(dāng)V1觸發(fā)導(dǎo)通后，如欲停止其工作而使觸發(fā)脈沖消失，此后V3無觸發(fā)脈沖而處于阻斷狀態(tài)，但在電源電壓的負(fù)半周，電流從V2換到V4，由于電感上感應(yīng)電動(dòng)勢的續(xù)流作用，電流經(jīng)Vl、V4繼續(xù)流通，電感釋放能量，若電感很大，V1將維持導(dǎo)通到電壓進(jìn)入到下一個(gè)周期的正半周，V1承受正向電壓繼續(xù)導(dǎo)通，而此時(shí)電流又從V4自然換流到V2，

10、如此循環(huán)，出現(xiàn)V1一直導(dǎo)通，V4、v2輪流導(dǎo)通現(xiàn)象，電路失去控制，輸出變?yōu)閱蜗喟氩ú豢煽卣麟妷翰ㄐ?，造成單管過熱而損壞。 失控現(xiàn)象預(yù)防：續(xù)流二極管 三相AC/DC變流器 三相半波可控整流電路 1）電阻負(fù)載 對于三相半波可控整流電路，為了得到零線，整流變壓器T的二次繞組必須接成星形，而初級繞組多接成三角形。3個(gè)晶閘管V1、V2、V3陽極分別連接u、v、w三相電源，共陰極點(diǎn)通過負(fù)載只接電源零點(diǎn)N，這種連接對觸發(fā)電路有公共線連接，比較方便。 各晶閘管按同樣的規(guī)律依次觸發(fā)導(dǎo)通，并關(guān)斷前面一個(gè)已導(dǎo)通的晶閘管。輸出的整流電壓是三相交流相電壓正半周的包絡(luò)線。在1個(gè)周期內(nèi)整流電壓有3次脈動(dòng)，因此

11、脈動(dòng)頻率為3×50Hz＝150Hz 各晶閘管的觸發(fā)脈沖，其相序應(yīng)與電源的相序相同，依次間隔120°。在一個(gè)周期內(nèi)各自導(dǎo)通120°，電流是連續(xù)的。 ωt1、 ωt2、 ωt3是各晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，在這點(diǎn)之前晶閘管承受反向電壓，不能觸發(fā)導(dǎo)通，因此把它作為計(jì)算控制角的起點(diǎn)α＝0。三相電壓的交點(diǎn)稱為自然換相點(diǎn)。 整流輸出電壓平均值 分兩種情況 α<30° α>30° α ＝150°，輸出直流電壓為零 輸出電流平均值 Ioa＝Uoa/RL 晶閘管電流平均值 Iva＝Ioa/3 晶閘管電流有效值，分兩種情況 α>30° 晶閘管承受的最大電壓為線電壓峰值 三相全控半波整流

12、電路：電感性負(fù)載 當(dāng)α＝ 90°時(shí)輸出電壓平均值為零，故電感性負(fù)載的移相范圍90° 晶閘管承受的正、反向電壓 輸出電壓平均值，當(dāng)電流連續(xù)的情況下 晶閘管電流平均值，在電源一個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通120° 晶閘管電流有效值 前面講的是三相半波可控整流電路的共陰極接法，三個(gè)晶閘管也可以共陽極連接，輸出電壓為負(fù)值，如下圖 如果把共陰極和共陽極整流電路如串聯(lián)起來，共用一個(gè)電源變壓器，向兩個(gè)負(fù)載供電，于是變壓器二次繞組就有正向電流和反向電流流過，各流通120度，則繞組的利用串可提高一倍 如果R1＝R2，則 Id1＝Id2 Io＝ Id1－Id2＝0 相當(dāng)于零線，可以取消，構(gòu)成三

13、相橋式整流電路 三相橋式全控整流電路 為了保證整流裝置能啟動(dòng)工作，或在電流斷續(xù)后能再次導(dǎo)通，必須對共陰極組及共陽極組的各一只晶閘管同時(shí)加觸發(fā)脈沖，使它們導(dǎo)通，才能形成電流回路。 可采用兩種辦法： 寬脈沖觸發(fā) 雙窄脈沖觸發(fā) 從上述分析可得如下結(jié)論： 三相橋式全控整流電路必須有兩只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能構(gòu)成電流回路，其中一只公共陰極組，另一只在共陽極組，而且這兩只導(dǎo)通的管子不在同一相內(nèi)。因此，負(fù)載電壓是兩相電壓之差，即線電壓，一個(gè)周期內(nèi)有六次脈動(dòng)，它為線電壓的包絡(luò)線。 晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通120° ，關(guān)斷240° ，管子換流只在本組內(nèi)進(jìn)行，每隔120°換流一次 觸發(fā)脈沖需寬脈沖或雙

14、窄脈沖，共陰極組及共陽極組內(nèi)各管脈沖相位差為120° ，接在同一相的不同組管子脈沖相位差為180° 。晶閘管按順序輪流導(dǎo)通，相鄰順序管子脈沖相位差為60° ，即每隔60°換流一次。 晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次側(cè)線電壓峰值。 變壓器二次側(cè)電流不存在直流分量，克服了三相半波電路的缺點(diǎn)。 α＝ 30° α＝60°，ud波形處于連續(xù)與斷續(xù)的臨界狀態(tài) α>60°的波形 α＝120°時(shí)，輸出電壓為零，故三相橋式全控整流電路的移相范圍120° 參數(shù)計(jì)算 電阻性負(fù)載 輸出電壓平均值。輸出電壓是線電壓的一部分，三相三角形接法電路中，線電壓超前相電壓30°。 α<60° 晶閘管電流

15、有效值 α>60°，每當(dāng)線電壓正半周結(jié)束時(shí)電流截止 三相橋式全控整流電感負(fù)載 當(dāng)α<60°時(shí)，電路的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)基本相同。不同之處在于，大電感負(fù)載的電感作用使負(fù)載電流波形為一條水平線，而電阻負(fù)載時(shí)Id波形與Ud波形一樣。 α>60°，電阻負(fù)載時(shí)輸出電壓斷續(xù)，電流中斷。而大電感負(fù)載時(shí)，當(dāng)線電壓進(jìn)入負(fù)半周后，由于電感電勢的作用使晶間管繼續(xù)導(dǎo)通，電流仍將連續(xù)，但Ud波形出現(xiàn)負(fù)的部分。 當(dāng)α>90°時(shí)，輸出電壓正負(fù)半波相等，Ud＝0，因此阻感負(fù)載時(shí)移相范圍是90° 電感負(fù)載 輸出電壓平均值 每只晶閘管一個(gè)周期導(dǎo)通120 ° ，其波形為矩形波，故流過晶閘管電流有效值為 如變壓器

16、二次側(cè)為星形按法，二次側(cè)相電流i2如u相波形，它為正負(fù)半周各寬120 ° 、兩者前沿差180 °的矩形波，其有效值 三、重要考點(diǎn) （一）選擇題 1.交流穩(wěn)壓電源分為（）。 A.諧振型 B.變比型 C. 凈化型 D. 開關(guān)型 答案：ABCD 2.單相橋式全控整流電阻負(fù)載，直流輸出電壓的平均值是半波可控整流的（）倍。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 1.414 答案：B （二）判斷題 1．單相橋式全控整流電路（電感負(fù)載）移相角為90°。 （正確） 2. 晶閑管導(dǎo)通要具備下列兩個(gè)條件：陽-陰極之間加有正向電壓；門—陰極之間加正向電壓和電流(觸發(fā)脈沖)。這兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足，缺一不可。 （正確）