電力電子裝置及系統(tǒng)考試知識點太原理工大學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，以電力半導體器件為核心，通過合理的電路拓撲和控制方式，采用相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)對電能實現(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、斷時沒有觸點動作，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、無功功率補償裝置和電力有源濾波器、電力開關(guān) （5）電機調(diào)速用電力電子裝置：直流、交流 （6）其他實用裝置：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、電動車、新能源發(fā)電、信息來源 7、半導體電力電子開關(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或多個開關(guān)器件按一定的拓撲結(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，器件運行不得超過這個溫度，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和熱對流兩種方式。 （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)計注意風道的形成，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、 保護技術(shù) （1） 過電流保護： 防止過電流： 互鎖：橋臂中一開關(guān)器件有驅(qū)動信號時，絕對不允許另一開關(guān)器件有驅(qū)動信號，可以利用門電路將橋臂中兩個驅(qū)動信號進行互鎖。 死區(qū)：橋臂中兩個開關(guān)器件都不允許開通的時間。時間為器件關(guān)斷時間的1.5-2倍 過電流保護方法： ①利用參數(shù)狀態(tài)識別對單個器件進行自適應(yīng)保護。當飽和壓降超過限定值的時候，器件驅(qū)動電路自動封鎖脈沖。②利用常規(guī)辦法進行最終保護。晶閘管用快速熔斷器，高頻開關(guān)器件用電流檢測，過流時限制電流，必要時封鎖驅(qū)動脈沖。 （2） 電流信號檢測 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 封鎖驅(qū)動信號，為了不出現(xiàn)誤保護，應(yīng)具有反延時特性（過壓越多，保護延時越短）。 （4） 輸入瞬態(tài)電壓抑制（MOV器件） （5） 輸入欠電壓保護 （6） 過溫保護 （7） 器件控制極保護 （8） 自鎖式保護電路 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)展狀況：（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)動保護電路：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線性電感，T飽和導通時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，導通期間的能量儲存在初級電感里;當開關(guān)截止時，副邊繞組感應(yīng)電勢使二極管導通，通過輸出電容和負載釋放磁場能量。 反激變換器：開關(guān)管導通時電源將電能轉(zhuǎn)為磁能儲存在電感（變壓器）中，當開關(guān)管關(guān)斷時再將磁能變?yōu)殡娔軅魉偷截撦d 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隨時間下降 → T進入放大區(qū)，i1 受控減小 → Uf反向 → ib進一步減小→ 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，而外接電容同時還決定死區(qū)時間的長短。死區(qū)時間、開關(guān)頻率同RT和電容CT的關(guān)系如下所示: 設(shè)計時可先根據(jù)所需的死區(qū)時間用式(8-2)計算CT值，然后再根據(jù)式(8-3)計算RT值。 驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)為推挽結(jié)構(gòu)的跟隨電路，其輸出峰值電流可達500mA，可以直接驅(qū)動主電路的開關(guān)器件。 欠電壓保護電路對集成PWM控制器的電源實施監(jiān)控。 電路初上電時，電源電壓低于啟動電壓（典型值約為16V），欠電壓保護電路封鎖PWM信號的輸出，輸出端（引腳6）為低電平。只有當電源電壓大于啟動電壓后，經(jīng)過一次軟啟動過程，UC3842的內(nèi)部電路才開始工作，輸出端才有PWM信號輸出。 工作過程中，如果電源電壓跌落至保護閉位（典型值為10V）以下時，輸出PWM信號被封鎖，避免輸出混亂的脈沖信號，以保護主電路開關(guān)器件。只有當電源電壓再次大于啟動電壓后，再經(jīng)過一次軟啟動過程，UC3842的內(nèi)部電路才重新開始工作，恢復PWM信號輸出。 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：校正效果不理想，功率因數(shù)只能達到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)可以達到1。①采用有源濾波器進行無功和諧波補償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電路拓撲，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, 一方面強迫輸入電流跟隨輸入電壓, 從而實現(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撲 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個相位互差120的單相逆變器組成。 半橋電路 缺點：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：可以利用兩個大電容自動補償不對稱波形 全橋電路 缺點：變壓器直流不平衡 （中大容量逆變器） 優(yōu)點：電壓利用率與推挽一樣，為半橋兩倍 推挽電路 缺點：變壓器直流不平衡 （適合低壓輸入場合） 優(yōu)點：電壓損失小，直流母線電壓只有一個開關(guān)管管壓降損失，驅(qū)動電路簡單 2、驅(qū)動電路：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)制信號和三角波比較，可以得到單脈波信號；改變直流調(diào)制信號，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。但是方波輸出含有大量的低次諧波，波形畸變嚴重。 （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原點，正反向脈沖磁過程中工作狀態(tài)不對稱，使得變壓器正負半周傳輸?shù)哪芰坎黄胶狻? 原因：主開關(guān)器件及驅(qū)動電路特性不一致，一個正弦周波中，正負半波控制波形不對稱，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、下兩個開關(guān)器件的開通、關(guān)斷時間不等 ,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)極大勵磁電流，威脅器件安全運行。 抗直流偏磁措施：增加變壓器磁心氣隙，改善磁導率的線性度，增大抗偏磁能力；變壓器設(shè)計時，最大磁密比較??；限制最大脈沖寬度，在一個周期內(nèi)盡量使正負脈沖寬度一致，特別是在動態(tài)工作狀況下；檢測通過開關(guān)管的電流，當此電流連續(xù)幾個周波超過設(shè)定值，則切斷控制脈沖，使變壓器有足夠的時間去磁，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；采用反饋進行直流補償。 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. 交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng) 異步電動機轉(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)原理對工件進行加熱，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是逆變橋的諧振負載逆變器工作頻率接近于并聯(lián)諧振負載電路的諧振點，因此負載電壓接近于正弦波，每個開關(guān)管增加串聯(lián)二極管，增大每臂的導通壓降和通態(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載電路的諧振工作點時，負載電路呈電感性，電流過零點滯后于電壓過零點。t1時刻以前開關(guān)管T2T3導通，輸出電壓和電流為負，在t1時刻關(guān)斷T2T3，這時流經(jīng)負載的電流尚未下降至零，負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)動脈沖式互補的，在電流自然下降過零前已對T1T4加上驅(qū)動脈沖，在t2時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：是指當市電發(fā)生異?；驍嚯姇r，還能繼續(xù)向負載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負載供電不受影響的裝置。市電正常時，UPS相當于交流穩(wěn)壓器，同時向機內(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，UPS首先經(jīng)低通濾波器對電網(wǎng)高頻干擾進行適當?shù)乃p、抑制處理，然后分兩路，一路到充電器中對蓄電池組充電，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，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，將負載同逆變器輸出端連接，逆變器將蓄電池中存儲的備用直流電變換為50HZ/220V電壓，維持對負載電能供應(yīng)。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、效率高、成本低。 缺點：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兩次變換供電給負載）0.7-1500KVA 市電異常時，由蓄電池經(jīng)過DC/AC變換供電，只有逆變器故障時，才通過旁路電路直接通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換給負載供電。 市電正常時，經(jīng)過濾波，分成三路，第一路交流變直流，經(jīng)充電器對蓄電池組進行浮充電，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直接將市電供給負載。 優(yōu)點：市電正不正常都由逆變器供電，供電質(zhì)量好，市電轉(zhuǎn)換到電池供電可實現(xiàn)零切換時間 缺點：結(jié)構(gòu)復雜，成本高，效率低，無功功率和諧波電流對電網(wǎng)公害較大。 帶隔離變壓器的稱為工頻機，不帶隔離變壓器的稱為高頻機。 ③在線互動式UPS 0.7-20KVA 市電正常時，由繼電器控制電流通路，向負載供電，繼電器的接通點不同，變壓器變比不同，做到對輸出的基本穩(wěn)壓。同時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，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：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，效率高，可靠性高。 缺點：供電品質(zhì)不高，市電—電池轉(zhuǎn)換時，輸出電壓有轉(zhuǎn)換時間。 ④Delta變換式UPS（只對輸出電壓的差值進行調(diào)整和補償）10-480KVA 市電正常時，經(jīng)過Delta變壓器提供的補償電壓△u既抵消電源中的諧波電壓，又補償基波電壓，使負載得到穩(wěn)定的正弦波電壓。Delta變換器又叫串聯(lián)補償變換器，主變換器稱為并聯(lián)補償變換器，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)接在負載兩端，對主變換器進行實時控制，輸出正弦電壓，并向負載輸出電流，補償負載無功和諧波電流，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)向負載供電。 優(yōu)點：市電—電池轉(zhuǎn)換時，可實現(xiàn)零切換時間、供電品質(zhì)高、功率裕量大、效率高 缺點：結(jié)構(gòu)復雜，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、主電路拓撲高頻化和軟開關(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，啟動和停止電路、顯示電路，逆相和缺相檢測電路，保護和報警電路） 6、蓄電池組： （1）類型:HS型（經(jīng)濟型），AHH型（適合于低溫工作）， CS型（適用于長時間放電要求）； M型（小型密封式）。 （2）基本功能:UPS的蓄電池必須具有在短時間內(nèi)輸出大電流的特性，供電時間能維持10分鐘左右。 （3）基本性能指標 放電終止電壓：表示電池不允許再放出電能時的電壓，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間快慢?？捎梅烹婋娏骰蚍烹姇r間表示。 容量：表示電池在充滿電的情況下的儲能多少，用放電電流與放電時間的乘積來表示，單位為安時(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系數(shù)來表示。 自放電率：電池在不用時其內(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，一般要進行一次較長時間的充電，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行再充電，稱為正常充電；正常充電時，一般采用分級定流充電方式。即在充電初期用較大電流、充電一定時間后，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)供電的工作方式運行。 均衡充電：是指在一定時間內(nèi)應(yīng)分別對電池組中的每個單元進行均衡充電 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中對整流器要求：1、輸出電壓大小要能調(diào)節(jié)，以滿足對蓄電池進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，一般要求在額定負載時小于額定輸出電壓的1%。 5、具有過載、短路、過熱、過電壓、欠電壓等保護和報警功能。6、啟動要平穩(wěn)，運行要穩(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)污染越來越嚴重，各國對掛在電網(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)計的復雜一點也不會增加成本，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：負責將整流器輸出的直流電壓或蓄電池存儲的直流電轉(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：對小容量UPS而言，逆變器輸出多為方波或梯形波；對大容量UPS而言，逆變器輸出多為正弦波。 （3） UPS中對逆變器的要求：1、能輸出一個電壓穩(wěn)定的交流電，無論是輸入電壓出現(xiàn)波動還是負載發(fā)生變化，他都要達到一定的電壓穩(wěn)定精度，靜態(tài)時一般小于2%。2、能輸出頻率穩(wěn)定的交流電，要求該交流電能達到一定的頻率穩(wěn)定精度，靜態(tài)時一般為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、 欠電壓等保護和報警功能。7、啟動要平穩(wěn)，起動電流要小，運行要穩(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)：對有推挽型、半橋型、全橋型等。 （5） UPS中常用的轉(zhuǎn)換開關(guān)：機械接觸器、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、保護和報警系統(tǒng) 接地 目的：為了保證UPS設(shè)備自身的安全可運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：機殼接地、邏輯接地、防雷接地 保護 （1）過載保護 （長時間處于過載狀態(tài)來不及散熱使設(shè)備受損） （2）過電壓保護（對主電路的過電壓保護和對觸發(fā)控制電路的過電壓保護） （3）欠電壓保護（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） （4）短路保護（對整流器和逆變器用快速熔斷器保護、三項交流電壓輸入開關(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際線路電流，送入控制保護系統(tǒng)進行快速保護） （5）過熱保護 （采用熱電耦進行保護點的溫度檢測送入保護控制系統(tǒng)，半導體溫度繼電器做過熱保護） （6）蓄電池的液面和溫度保護（定期補充蒸餾水） （7）三相輸入型UPS的輸入電壓異常（缺相或相序錯誤）保護 （8）通訊異常保護 報警 是給用戶提供設(shè)備故障的示警信號。 12、 UPS同步鎖相技術(shù) （1） 同步鎖相控制：通常，市電電壓頻率會因電網(wǎng)負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：移相器對電網(wǎng)檢測波形移相90，正弦量移相為余弦量，這兩個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：對于代理商，使產(chǎn)品規(guī)格單一，增大了可擴展性，小型用戶使用數(shù)量少的模塊，大型則用較多模塊，甚至可以配備可擴展的模塊柜，滿足于各種原因造成的功率需求。對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)，也可以為用戶維護提供配件。 第五章 1. 直流電動機電樞繞組電壓平衡方程，忽略電樞電感壓降 2. 限制電樞電流啟動直流電機的兩種方法：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，在啟動過程中逐步切除外加電阻，使電流始終在適當范圍內(nèi)；2、啟動中改變外加電壓以控制電樞電流。 3. 直流電機無觸點啟動器 工作原理：Lm是直流電動機的勵磁繞組，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變換器給直流電動機的電樞繞組供電，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在整個啟動過程中被控制在給定值附近，如果開關(guān)頻率很高，則在啟動過程電樞電流的平均值Ia≈Ig. 控制系統(tǒng)：啟動器采用IGBT全控器件，系統(tǒng)利用PWM電流環(huán)和瞬時值電流滯環(huán)相結(jié)合的方法控制IGBT通斷，電流反饋同時引入三個環(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（電磁調(diào)速異步電動機） 結(jié)構(gòu)：由普通鼠籠式異步電動機、電磁滑差離合器和電氣控制裝置組成。異步電動機作為原動機，當它旋轉(zhuǎn)時帶動電磁離合器旋轉(zhuǎn)，改變離合器的電磁力，就能改變電動機的轉(zhuǎn)速。離合器的勵磁電流使直流，通過直流斬波電路可以調(diào)節(jié)它的勵磁電流，改變它的電磁力。 5. 滑差電機鎖相環(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)動電路、PWM控制電路、反饋電路、啟動及保護電路、故障顯示報警電路） 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是分成兩個線圈繞在一個鐵芯上，分別串聯(lián)在正負直流母線上。高頻開關(guān)器件TA、TB由一對相位互差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端對外引出，供外部電路作給定電位。 7. IGBT驅(qū)動電路的基本要求: (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電壓。 (2) 在最初開通階段, 提供足夠的柵極驅(qū)動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, 驅(qū)動電路會通過合理的柵極電壓動作進行 IGBT 保護, 并發(fā)出故障信號到控制系統(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） 過流保護閥值太高， Uce 過流識別值為 7～7.5V時,IGBT 將嚴重過流而使性能嚴重下降或損壞. （2） 存在保護盲區(qū), 從脈沖輸出到開始保護, 大約有 2.5us 的延遲時間, 如果在特定的工作條件下, 脈寬小于這一時間, 同時存在過流的情況, 電路將連續(xù)工作而不能保護, 從而很快導致 IGBT損壞 （3） 軟關(guān)在斷保護不可靠, 過流保護后, 在 10us內(nèi)驅(qū)動信號緩降至零,因為存盲區(qū)時間, 同時還有較長的軟關(guān)斷時間, 這就導致不可靠, 使保護效果變差. （4） 負偏壓不足, 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)管通斷會產(chǎn)生干擾, 使截止的 IGBT 誤導通. （5） 過電流保護無自鎖功能， 在過流保護時, EXB841 對 IGBT 進行軟關(guān)斷, 但此時如果撤除外部輸入信號, IGBT 會直接進行硬關(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)計要點 （1） 承受的反向重復峰值電壓URRM和斷態(tài)重復峰值電壓UDRM是額定輸入電壓的峰值，當額定輸入電壓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，若采用強觸發(fā)則由晶閘管元件標稱值限定。 3. 交流調(diào)功器概述 功能：調(diào)節(jié)輸出功率（對電壓電流波形沒有嚴格要求） 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個電壓半周定為一個調(diào)節(jié)周期T，在該調(diào)節(jié)周期內(nèi)調(diào)節(jié)導通電壓半周的個數(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：負載得到的電壓(電流)波形總是完整的正弦波，避免了電流的瞬時沖擊，功率因數(shù)高，但負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 以每個交流電壓半周為調(diào)節(jié)周期，通過調(diào)節(jié)晶閘管的導通相位角進行調(diào)功。 調(diào)節(jié)周期僅為0.01s，對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：負載的電壓(電流)是缺角正弦波，功率因數(shù)差，且存在高次諧波，對電網(wǎng)和無線電波會產(chǎn)生射頻干擾 6. 調(diào)壓調(diào)速：無論直流電機還是交流電機，在改變它們的輸入電壓時，電機的轉(zhuǎn)速將隨之改變，調(diào)節(jié)電機的輸入電壓控制電機轉(zhuǎn)速。調(diào)壓和調(diào)速系統(tǒng)的差異就是所控制的對象和目標不同。 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：異步電動機定子供電頻率不變時，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，可以達到調(diào)速目的 保護系統(tǒng)：零位啟動保護、缺相保護、過流保護 8. 線繞式異步電動機串級調(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)差功率從而實現(xiàn)調(diào)速，調(diào)速裝置的功率遠小于電動機的功率，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、滑動式交流穩(wěn)壓器、分級自動改變變比的穩(wěn)壓電源、鐵磁諧振式穩(wěn)壓器、感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器、晶閘管交流相控斬波穩(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：對雙向晶閘管T進行相控，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），也就改變了補償電壓U2的大小和相位，從而達到穩(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共存。 電力電子裝置的電磁兼容性應(yīng)從兩個方面考核，一是不干擾其他設(shè)備，不影響其他設(shè)備的正常運行，二是自身不受其他設(shè)備的干擾，對于電磁兼容容許的干擾信號，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電磁干擾的衰減作用 （3） 加強受擾設(shè)備抵抗電磁干擾的能力，降低其對噪聲的敏感度 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；防止干擾信號通過電路傳遞：光電耦合器、變壓器等進行電路的電隔離） （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，將疊加在有用信號上的噪聲分離出來） （3） 屏蔽（通過各種屏蔽物體對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（導線種類、粗細、走線方式、線距、對稱性、屏蔽方法、導線長短、捆扎或絞合方式對導線電感、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)）