电力电子装置及系统-考试-知识点-太原理工大学(13届-葬仪落-任影汐整理)x|

第一章 绪论

1、电力电子技术的核心 是电能形式的变换和控制，并通过电力电子装置实现其应用。

2、电力电子装置定义 ：以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电 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。

3、电力电子控制系统 ：电力电子装置和负载组成的闭环控制系统称为电力电子控制系统。

4、电力电子装置的主要类型 ：

AC/DC变换器（整流器）

DC/DC变换器（采用PWM控制的变换器也叫直流斩波器）

AC/AC变换器（输入输出频率相同叫做交流调压器，频率变化叫变频器）

DC/AC变换器（逆变器）

静态开关（静态开关通、 断时没有触点动作， 从而消除了电弧的危害。

　且静态开关由电子电

路控制，自动化程度高。）

5、 电力电子装置的 应用

（ 1）直流电源装置：通信电源、充电电源、电解电镀直流电源、开关电源

（ 2）交流电源装置：交流稳压电源、通用逆变电源、不间断电源 UPS

（ 3）特种电源装置：静电除尘用高压电源、超声波电源、感应加热电源、焊接电源

（ 4）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

（ 5）电机调速用电力电子装置：直流、交流

（ 6）其他实用装置：电子整流器和电子变压器、空调电源、微波炉、应急灯等电源

6、 电力电子装置的 发展前景 ：交流变频调速、绿色电力电子装置、电动车、新能源发电、 信息来源

7、 半导体电力电子开关器件 ：电力二极管、晶闸管、电力晶体三极管、电力场效应晶体管、 绝缘门极双极型晶体管 IGBT

8、 电力转换模块 ：把同类或不同类的一个或多个开关器件按一定的拓扑结构及转换功能连 接并封装在一起的开关器件组合体。

功率集成电路 PIC:将电力电子开关器件与电力电子变换器控制系统中的某些环节制作 在一个整体上，就叫功率集成电路。

电源管理集成电路：可以提供各种方式来控制电源转换并管理各种器件的集成电路。

9、 散热：

（1） 为什么要散热？答:PN结是电力电子器件的核心， PN结的性能与温度密切相关，因而

每种器件都规定最高允许结温， 器件运行不得超过这个温度， 否则许多特性参数改变， 甚至

使器件永久性烧坏，不散热， 100A的二极管长时间流过 50A也可能被烧坏。

（2） 散热的原理。散热途径有三种，但电力电子器件采用 热传导和热对流两种方式。

（3） 散热措施：减少器件损耗：采用软开关电路，增加缓冲电路等措施。

散热措施：提高接触面光洁度，涂导热硅脂，施加合适安装压力。

选择有效散热面积大的散热器。

结构设计注意风道的形成，可以用水、油等介质管道帮助冷却。

10、 缓冲电路：

（1） 作用：抑制开关器件的 di/dt、du/dt，改变开关轨迹，减少开关损耗，使之工作在安 全工作区域内。

（2） 普通晶闸管用无极性缓冲电路， GTO BJT IGBT等自关断器件，工作频率比 SCR高得 多，用有极性缓冲电路。

11、保护技术

（1）过电流保护

防止过电流 互锁 ：桥臂中一开关器件有驱动信号时， 绝对不允许另一开关器件有驱动信号， 可以利用门 电路将桥臂中两个驱动信号进行互锁。

死区：桥臂中两个开关器件都不允许开通的时间。时间为器件关断时间的 1.5-2 倍

过电流保护方法 ：

①利用参数状态识别对单个器件进行自适应保护 。当饱和压降超过限定值的时候，器件驱 动电路自动封锁脉冲。

　②利用常规办法进行最终保护。

　晶闸管用快速熔断器， 高频开关器件 用电流检测，过流时限制电流，必要时封锁驱动脉冲。

（2）电流信号检测

慢速型电流检测元件 ：电流互感器。注意：互感器二次绕组不能开路。

快速型电流检测元件 ：霍尔元件、霍尔电流传感器模块。

（3）输出过压保护

封锁驱动信号，为了不出现误保护，应具有反延时特性（过压越多，保护延时越短）。

（4）输入瞬态电压抑制（ MOV 器件）

（5）输入欠电压保护

（6）过温保护

（7）器件控制极保护

8）自锁式保护电路

第二章高频开关电源

1、线性稳压电源：工作在线性放大区域的稳压电源。

线性电源：电力电子器件工作在线性放大区域。

开关电源：电力电子器件工作在开关模式，一般指小功率 AGDC DC-DC。

线性稳压电源的工作原理：依靠调节大功率晶体管 T的基极电流的大小改变负载 R上的 电流，来调节输出电压， T上有一定的电压和电流，功率损耗较大。

2、 开关电源发展状况：（1）高频化（2）电源电路的模块化、集成化（3）绿色化

3、 高频开关电源的基本组成：

（1） 输入环节：输入浪涌电流抑制、瞬态电压抑制、线路滤波器、输入整流滤波

浪涌电流：在合闸的瞬间，由于输入滤波电容的充电，交流电源端阻抗低，产生浪涌电流。

抑制方法：限流电阻加开关（将限流电阻串接于交流线路或整流桥后的直流母线上， 开关与

电阻并联）、采用负温度系数热敏电阻 NTC功率很小的开关电源直接在线路中串接电阻限 制浪涌电流。

瞬态电压:在交流线路间并联压敏电阻或者瞬态电压抑制二极管（ TVS抑制输入瞬态电压

（2） 功率变换电路（Buck变换、Boost变换、Buck/Boost变换、正激、反激、推挽、半桥、 全桥）

（3） 控制驱动保护电路： PWM电压控制模式、PWM峰值电流控制模式

4、 单端反激式开关电源

（1）工作模式：不连续工作模式（DCM）、临界工作模式、连续工作模式（ CCM）

(2)工作原理：变压器PT既是变压器也是一个线性电感， T饱和导通时其等效阻抗近似为

零，如果外加电压 Ui恒定，流过绕组 N1的电流i1线性增长，由于绕组 N1、N2是反极性 的，二极管D截止，副边没有电流，导通期间的能量储存在初级电感里 ；当开关截止时，副

边绕组感应电势使二极管导通，通过输出电容和负载释放磁场能量。

反激变换器：开关管导通时电源将电能转为磁能储存在电感 (变压器)中，当开关管关断时

再将磁能变为电能传送到负载 单端变换器：变压器磁通仅在单方向变化

①自激型单端反激开关电源 RCC ibtT通,i1流过N1宀U1、Uf (Nf)Tb增加宀i1增加宀T 饱和，i1线性上升， tCzcd的存在，tib随时间下降 t t进入放大区，i1受控减小 t Uf 反向t ib进一步减小t 使T很快截止。

0 =1

0 =

1

2PL.

临界工作状态:

②他激型单端反激开关电源（UC3842）振荡器的振荡频率由外接的电阻

②他激型单端反激开关电源（UC3842）

振荡器的振荡频率由外接的电阻

RT和电容CT决定，而外接电容同时还决定死区时间

的长短。死区时间、开关频率同 RT和电容CT的关系如下所示

卯严J00CT

『1,75

<S-2)

(8-3)

设计时可先根据所需的死区时间用式 （8-2）计算CT值，然后再根据式（8-3）计算RT值。

驱动电路的结构为推挽结构的跟随电路，其输出峰值电流可达 500mA，可以直接驱

动主电路的开关器件。

欠电压保护电路对集成 PWM控制器的电源实施监控。

电路初上电时，电源电压低于启动电压（典型值约为 16V）,欠电压保护电路封锁

PWM信号的输出，输出端（引脚 6）为低电平。只有当电源电压大于启动电压后，经过一 次软启动过程，UC3842的内部电路才开始工作，输出端才有 PWM信号输出。

工作过程中，如果电源电压跌落至保护闭位（典型值为 10V）以下时，输出 PWM信

号被封锁，避免输出混乱的脉冲信号， 以保护主电路开关器件。 只有当电源电压再次大于启

动电压后，再经过一次软启动过程， UC3842的内部电路才重新开始工作，恢复 PWM信号

输出。

5、功率因数校正:无源功率因数校正和有源功率因数校正

功率因数PF定义：PF=P/S=（l1/I）cos? =入cos? （有功功率P与视在功率s的比值）

功率因数校正PFC原理：通过一定的措施，使输入电流连续，并尽可能接近于电压波形

（正弦波），或者使输入电流的谐波分量尽量小，提高功率因数。

（1） 无源功率因数校正：在电源输入端加入电感量很大的低频电感， 以便减少滤波电容 充电电流的尖峰。

　缺点：校正效果不理想，功率因数只能达到 0.85左右，电感体积大，增 加了设备的体积和重量，系统成本提高。

（2） 有源功率因数校正（APFC :功率因数可以达到1。①采用有源滤波器进行无功和 谐波补偿②采用功率因数校正电路 （单相有源功率因数校正装置的控制方法分为不连续电流 模式DCM和连续电流 CCM模式，采取 Boost电路拓扑, 三相大容量整流用 PWM高频整流 器）

有源功率因数校正控制技术原理

有源功率因数校正技术主要采用一个变换器串入整流滤波与变换器之间 ，通过特

殊的控制，一方面强迫输入电流跟随输入电压 ，从而实现单位功率因数 ，另一方面反馈输出

电压使之稳定，从而使变换器的输入实现预稳。

功率因数为1的高频整流器：非连续电流模式、 连续电流模式功率因数校正器， 三相高

频整流器。

第三章逆变器

1?常见单相逆变器主电路拓扑

⑷半桥式 ⑻全桥式

⑷唯挽式

3个相位互差 120 °

3个相位互差 120 °

｛忖训制波形

逆变器有单相和三相两种，三相逆变器可由三相半桥组成，也可由 的单相逆变器组成。

半桥电路 缺点：输出端电压波形幅值仅为直流母线电压值的一半，电压利用率低

优点：可以利用两个大电容自动补偿不对称波形

全桥电路 缺点：变压器直流不平衡 （中大容量逆变器）

优点：电压利用率与推挽一样，为半桥两倍

推挽电路缺点：变压器直流不平衡 （适合低压输入场合）

优点：电压损失小，直流母线电压只有一个开关管管压降损失， 驱动电路简单

2、 驱动电路：主电路与控制电路之间的接口电路。

3、 逆变器控制方法：

（1）直流脉宽调制（定义：利用直流调制信号和三角波比较，可以得到单脉波信号；改变直

流调制信号，就可改变单脉波的脉冲宽度， 调节电压基波分量的有效值， 实现电压控制目的）

方波输出电路简单， 易于闭环控制，电压输出稳定度也比较高，具有成本低的优点。但是方 波输出含有大量的低次谐波，波形畸变严重。

（2）正弦波脉宽调制 （SPWM技术，利用面积冲量等效原理获得谐波含量很小的正弦电压 输出）

it h

it h 三 /

uoz

单极性SPWM调制模式 双极性SPWM调制模式

逆变器直流不平衡（直流偏磁）

直流偏磁：由于逆变电压中出现直流分量， 使变压器磁芯的工作磁滞回线中心偏离了坐标原

点，正反向脉冲磁过程中工作状态不对称，使得变压器正负半周传输的能量不平衡。

原因：主开关器件及驱动电路特性不一致，一个正弦周波中， 正负半波控制波形不对称，元

件参数的分散性引起死区不一致， 主电路同一桥臂上、下两个开关器件的开通、关断时间不

等，饱和压降不同，缓冲电路参数有差异等 。

危害：变压器铁芯“偏磁”单方向饱和，输出电压波形畸变率增加，变压器原边绕组出现极 大励磁电流，威胁器件安全运行。

抗直流偏磁措施：增加变压器磁心气隙，改善磁导率的线性度， 增大抗偏磁能力；变压器设

计时，最大磁密比较小；限制最大脉冲宽度， 在一个周期内尽量使正负脉冲宽度一致， 特别

是在动态工作状况下； 检测通过开关管的电流， 当此电流连续几个周波超过设定值， 则切断

控制脉冲，使变压器有足够的时间去磁，然后再开通控制脉冲；在变压器原边串联隔直电容， 提高变压器抗不平衡的能力；严格挑选开关特性一致的功率管用于全桥逆变电路； 采用反馈

进行直流补偿。

5.SPWM控制电路框图（电压调节为了稳压，电流调节为了限制输出电流）

调节器驱动 电路土标准正荻「爰垂电路■ b6?三相SPWM系统框图7?交流电动机变频调速系统异步电动机转速

调节器

驱动 电路

土标准正荻

「爰垂电路

■ b

6?三相SPWM系统框图

7?交流电动机变频调速系统

异步电动机转速

三仰波世路

葫带正弦波申路

TR21flO

&惴檢测电淄

^T-^7

频电路

晶振卸数字分

三角波发

牛电路

PWM 形成

rt

(1_S)

fs定子电压频率

『丁 u ^E = 4Mfs<I>a）｝k｝或 U/fs=^ 代在改变他调速的同时，要控制0的关系， 以保证电机的磁通状态与负载要求相一致。

8?感应加热电源（高频谐振逆变器：将市电整流，再逆变成高频交流给感应线圈供电）

感应加热是利用电磁感应原理对工件进行加热，工件中功率密度的分布可以方便的予以控制 和调节，因而可以提高加热工件的质量、

并联谐振式逆变电路

Fa

!—

市电整流后串联一个大电感 L1,属电流源逆变器，逆变桥输出电流近似方波， LCR是逆

变桥的谐振负载逆变器工作频率接近于并联谐振负载电路的谐振点， 因此负载电压接近于正 弦波，每个开关管增加串联二极管，增大每臂的导通压降和通态损耗。

串联谐振式逆变电路

三相交就输入‘5 *眛冲封■

三相交就输入

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*

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操流死尿婭制—务療堡-压

逆变耿冲分闵 r

（町主电路及系统

//uij

//uij、

Cb）电压、电流波形

逆变器的工作频率略高于负载电路的谐振工作点时， 负载电路呈电感性，电流过零点滞

后于电压过零点。t1时刻以前开关管 T2T3导通，输出电压和电流为负，在t1时刻关断T2T3, 这时流经负载的电流尚未下降至零， 负载中电感要维持电流，使电流经T1T4与T2T3的反并

联二极管D1D4流通，T1T4的驱动脉冲式互补的，在电流自然下降过零前已对 T1T4加上驱

动脉冲，在t2时刻电流自然地由二极管 D1D4换至开关管T1T4，称为自然换流（可使开通

损耗降到零）。

逆变电路功率调节：逆变器工作频率 fs始终应接近并大于其谐振频率，负载的谐振频

率fr=1/2 n sqr（LC）.电流互感器检测输出电流， 如果输出电流小于设定值， 电流调节器的输

出就使压控振荡器的工作频率降低， 分频以后的逆变器脉冲频率跟随降低， 等效阻值随之降

低，输出电流增大。

第四章不间断电源UPS

1、UPS的定义：是指当市电发生异常或断电时，还能继续向负载供电，并能保证供电质量,

使负载供电不受影响的装置。市电正常时，ups相当于交流稳压器，同时向机内蓄电池充电。

2、UPS应具有的特性：？有不间断的供电能力、可靠性高 ？输出电压品质好？对电网的影

响小？智能程度高？体积小、重量轻

Delta变换式3、UPS

Delta变换式

①后备式UPS:容量小于2KVA

铠压器科转换开关J也

tt [

铠压器

逆变器

? 市电正常一-* 市电故障

市电处于175-264V正常值时，UPS首先经低通滤波器对电网高频干扰进行适当的衰减、抑 制处理，然后分两路，一路到充电器中对蓄电池组充电， 一路到交流旁路通道上的简单稳压

电路，经过转换开关向负载供电，逆变器空载，没有输出。（转换开关由 UPS逻辑电路控

制）

市电故障或供电中断时，充电器停止工作，转换开关在切断交流旁路通道的同时， 将负载同 逆变器输出端连接，逆变器将蓄电池中存储的备用直流电变换为 50HZ/220V电压，维持对

负载电能供应。

优点：结构简单、可靠性高、效率高、成本低。

缺点：供电波形质量较差、频率适应性差、逆变器工作转换时间较长。

②双变换在线式 UPS （经AC/DC、DC/AC两次变换供电给负载） 0.7-1500KVA

市电正幣电池工作-+ 旁路工作

市电正幣

电池工作

-+ 旁路工作

DC/AC变换供电，只有逆变器故障时，才通过旁路电路直接通

DC/AC变换供电，只有逆变器故障时，才通过旁路电路直接通

市电正常时，经过滤波，分成三路， 第一路交流变直流，经充电器对蓄电池组进行浮充电，

第二路经过整流和大电容滤波变为较为平稳的直流电，再由逆变器变换为稳压稳频的交流 电，通过转换开关送给负载， 第三路转换开关的控制，如果逆变器故障，在逻辑控制电路的

调控下，UPS直接将市电供给负载。

优点：市电正不正常都由逆变器供电， 供电质量好，市电转换到电池供电可实现零切换时间 缺点：结构复杂，成本高，效率低，无功功率和谐波电流对电网公害较大。

带隔离变压器的称为工频机，不带隔离变压器的称为高频机。

③在线互动式 UPS 0.7-20KVA

③在线互动式 UPS 0.7-20KVA

市电正常时，由继电器控制电流通路， 向负载供电，继电器的接通点不同， 变压器变比不同, 做到对输出的基本稳压。同时 UPS中双向变换器处于整流工作状态，给蓄电池组充电。

市电异常时，双向变换器转换为逆变工作状态，将电池电能转换为正弦交流电输出。

优点：结构简单，成本低，效率高，可靠性高。

缺点：供电品质不高，市电一电池转换时，输出电压有转换时间。

④Delta变换式UPS （只对输出电压的差值进行调整和补偿 ）10-480KVA

图"De血变换UPS原理

市电正常时，经过Delta变压器提供的补偿电压厶 u既抵消电源中的谐波电压，又补偿基波 电压，使负载得到稳定的正弦波电压。 Delta变换器又叫串联补偿变换器，主变换器称为并

联补偿变换器，前端变换器经过电感提供电压， 后端变换器经过LC滤波并联接在负载两端，

对主变换器进行实时控制，输出正弦电压，并向负载输出电流，补偿负载无功和谐波电流， 使功率因数为1。

市电停电，主变换器从蓄电池获取电能继续向负载供电。

优点：市电一电池转换时，可实现零切换时间、供电品质高、功率裕量大、效率高

缺点：结构复杂，成本高。（低于双变换）

4、 UPS的发展方向、

1、控制系统的全数字化 2、主电路拓扑高频化和软开关技术 3、智能化4、网络化

5、 绿色化6、模块化和冗余化

5、 UPS的组成： 整流器（PFC电路）、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、静态开关控制电路和辅助电

路（电压、电流、频率、温度等检测电路，辅助电源，启动和停止电路、显示电路，逆相和 缺相检测电路，保护和报警电路）

6、 蓄电池组：

（1）类型:HS型（经济型），AHH型（适合于低温工作），CS型（适用于长时间放电要求）； M型（小型密封式）。

10（2）基本功能:UPS的蓄电池必须具有在短时间内输出大电流的特性，供电时间能维持 分钟左右。

10

基本性能指标

放电终止电压： 表示电池不允许再放出电能时的电压，通常为 1.75V/单格。

放电率：表示放电至终止电压的电流大小或时间快慢。 可用放电电流或放电时间表示。

容量：表示电池在充满电的情况下的储能多少， 用放电电流与放电时间的乘积来表示，

单位为安时(A ? h)。

放电电流：就是电池的输出电流，它除了用安培来表示外，通常也用电池的容量乘以 某个系数来表示。

自放电率：电池在不用时其内部放电电流。

蓄电池的充电

初充电：新的蓄电池在安装完毕后，一般要进行一次较长时间的充电，称为初充电。蓄 电池的初充电电流大小应按说明书规定值，或按额定容量的 1/10取值。

正常充电：蓄电池在放电终了后可进行再充电，称为正常充电；正常充电时，一般采用 分级定流充电方式。

　即在充电初期用较大电流、充电一定时间后， 改用较小电流，至充电后

期改用更小电流。

连续浮充制：是指充电用的整流器和蓄电池以并联供电的工作方式运行。

均衡充电：是指在一定时间内应分别对电池组中的每个单元进行均衡充电

7、整流器

整流器UPS中作用：1、将市电交流电转换为直流电，经滤波后供给逆变器。

2、给蓄电池提供充电电压，可起到充电器的作用。

UPS中对整流器要求：1、输出电压大小要能调节， 以满足对蓄电池进行浮充电和均衡

充电的要求。2、输出要稳定，一般稳态 精度要达到1%。3、具有一定过载能力 4、输出

电压的波纹要小，一般要求在额定负载时小于额定输出电压的 1%。

　5、具有过载、短路、

过热、过电压、欠电压等保护和报警功能。 6、启动要平稳，运行要稳定可靠。

(3 )整流器一般采用可控整流电路，以得到稳定的输出直流电压；随着电网污染越来越严

重，各国对挂在电网中的设备提出了越来越高的要求， UPS作为一种重要的挂网设备一般具

有功率因数校正功能。

(4)整流器和充电器

整流器一般采用二极管全桥整流或晶闸管相控整流。

充电器：给蓄电池充电的装置

小容量UPS中，整流器和充电器分开的原因：（1 ）整流器的输出电压一般是不稳定的， 然而蓄电池的最高充电电压是限定的，必须用一个稳压电源做为充电器。（ 2）蓄电池的充

电电流不能过大，这就要求充电器具有稳流和限流功能。

大容量UPS中，整流器和充电器合二为一 ，控制电路成本仅占很小一部分，设计的复 杂一点也不会增加成本，但是分开就要增加器件数量，增加成本。

8、 逆变器

（1） 逆变器在UPS中作用：负责将整流器输出的直流电压或蓄电池存储的直流电转化为用 户所需要的稳频稳压的交流电源。

（2） 逆变器输出电压类型：对小容量UPS而言，逆变器输出多为方波或梯形波；对大容量 UPS而言，逆变器输出多为正弦波。

（3） UPS中对逆变器的要求：1、能输出一个电压稳定的交流电， 无论是输入电压出现波动

还是负载发生变化，他都要达到一定的电压稳定精度，静态时一般小于土 2%。2、能输出频

率稳定的交流电，要求该交流电能达到一定的频率稳定精度，静态时一般为土 0.5%。3、输

出的顶呀及其频率，要在一定的范围内可以调节。一般输出电压可调范围不小于土 5%,输

出频率可调范围不小于土 2Hz。4、具有一定的过载能力。 5、输出电压的波形含谐波成分应

尽量小。6、具有短路、过载、过热、过电压、 欠电压等保护和报警功能。 7、启动要平稳，

起动电流要小，运行要稳定可靠。 8应具有快速的暂态响应。

（4） 逆变器主电路结构：对有推挽型、半桥型、全桥型等。

（5） UPS中常用的转换开关：机械接触器、静态开关、混合式开关。

9、 滤波电路

种类：1、交流输入滤波（整流器输入端） 2、直流电压滤波（整流器输出端）

3、交流输出滤波（逆变器输出端）

fs为开关频率

10、旁路控制电源： 主要给静态开关的驱动装置供电的装置。

系统辅助电源：主要给控制检测电路、显示部分等提供低压多路直流电源的装置。

11、 接地装置、保护和报警系统

接地 目的：为了保证UPS设备自身的安全可运行和用户的人身安全。

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

分类：机壳接地、逻辑接地、防雷接地

保护（1）过载保护 （长时间处于过载状态来不及散热使设备受损）

（2） 过电压保护（对主电路的过电压保护和对触发控制电路的过电压保护）

（3） 欠电压保护（电源装置的交流输入端、直流输入端、交流输出端欠电压保护）

（4） 短路保护（对整流器和逆变器用快速熔断器保护、 三项交流电压输入开关富有熔 断器和跳间线圈直流输入电压和交流输出电源的开关附有熔断器， 使用快速电流检测器件检 测实际线路电流，送入控制保护系统进行快速保护）

（5） 过热保护 （采用热电耦进行保护点的温度检测送入保护控制系统，半导体温度 继电器做过热保护）

（6） 蓄电池的液面和温度保护（定期补充蒸馏水）

（7） 三相输入型UPS的输入电压异常（缺相或相序错误）保护

（8） 通讯异常保护

报警 是给用户提供设备故障的示警信号。

12、 UPS同步锁相技术

（1） 同步锁相控制：通常，市电电压频率会因电网负荷变化等因素影响而无法维持恒定，

因此需要检测逆变器与输入市电的频率差和相位差， 通过闭环控制来进行调节逆变器输出电

压的频率和相位，使逆变器与市电保持相位同步运行。

（2） 并联控制系统中，UPS需要经常在自振和锁相之间切换。

（3） 锁相环的工作原理

锁相环路构成框图

GAP\

GAP\

UPS交流电压幅值快速检测

乘法器

乘法器

一种简单的交流电压幅值检测方法

工作原理：移相器对电网检测波形移相 90。，正弦量移相为余弦量，这两个量分别平方后

相加就得到电网电压的最终检测量为 U is=Ks2( Ui2sin2 3 t+Uicos2 3 t =GdUi2

13、模块化优点：对于代理商，使产品规格单一，增大了可扩展性，小型用户使用数量少的 模块，大型则用较多模块，甚至可以配备可扩展的模块柜，满足于各种原因造成的功率需求。

　对厂商而言模块化能够提高生产效率， 降低成本适合大规模生产，也可以为用户维护提供配

件。

第五章

JI *

1?直流电动机电枢绕组 电压平衡方程 dt ，忽略电枢电感压降

2?限制电枢电流启动直流电机 的两种方法：1、电枢中串接外加电阻，等效电阻增大，来限 制电枢电流，随着转速上升，反电势增大，在启动过程中逐步切除外加电阻，使电流始终在 适当范围内；2、启动中改变外加电压以控制电枢电流。

3.直流电机无触点启动器

工作原理：Lm是直流电动机的励磁绕组,直流电源

工作原理：Lm是直流电动机的励磁绕组,

直流电源Ud经过开关管T、续流二极管D构成的

Buck变换器给直流电动机的电枢绕组供电， HL用来检测电枢电流ia。控制系统将反馈电流

与电流给定值Ig相比较，控制T的通断，从而使电枢电流 ia在整个启动过程中被控制在给 定值附近，如果开关频率很高，则在启动过程电枢电流的平均值 la吋g.

控制系统：启动器采用IGBT全控器件，系统利用 PWM电流环和瞬时值电流滞环相结合的

方法控制IGBT通断，电流反馈同时引入三个环节。 （电流调节；滞环限流电路；记忆封锁。）

滑差电机（电磁调速异步电动机）

结构：由普通鼠笼式异步电动机、 电磁滑差离合器和电气控制装置组成。

　异步电动机作为原

动机，当它旋转时带动电磁离合器旋转， 改变离合器的电磁力，就能改变电动机的转速。离

合器的励磁电流使直流，通过直流斩波电路可以调节它的励磁电流，改变它的电磁力。

滑差电机锁相环：相位比较器PD、低通滤波器LF和电压控制振荡器 VCQ

6?具有中间环节的 DC/DC变换器

主电路(输入滤波电路、半桥式高频逆变电路、高频降压变压器、输出整流及输出滤波)； 控制电路(辅助电源、驱动电路、 PWM控制电路、反馈电路、启动及保护电路、故障显示

报警电路) 主电路工作原理：蓄电池电源电压经 L、C1~C4输入滤波电路加到半桥式逆变电路上，电感

L是分成两个线圈绕在一个铁芯上，分别串联在正负直流母线上。高频开关器件 TA TB由

一对相位互差180度的脉冲控制，交替的通断，频率为 20KH乙20KHZ的方波电压经高频变

压器降压及副边二极管整流、滤波后得到所需的直流电压 C7、R1、D1构成母线吸收电路，

吸收线路电感引起的尖峰电压。

丄丄十■ SL0JTnJ

丄丄十

■ S

L0JT

nJ

控制电路的工作原理：集成PWM控制专用芯片TL494为核心组成，TL494内部的稳压电路 将外部供给的+12V变换成+5V,供给芯片内电路使用，并通过芯片的 14端对外引出，供外

部电路作给定电位。

7.1 GBT驱动电路的基本要求：

提供足够的栅极电压(+15v)来开通IGBT并在开通期间保持这个电压。

在最初开通阶段，提供足够的栅极驱动电流来减少开通损耗和保证 IGBT的开通速度。

⑶在关断期间，提供一个反向偏置电压(-5~-15v)来提高IGBT抗暂态dv/d t的能力和抗 EM I 噪声的能力并减少关断损耗。

(4)在IGBT功率电路和控制电路之间提供电气隔离。 对IGBT逆变器，一般要求的电气隔离

为2 500 V以上。

⑸在短路故障发生时，驱动电路会通过合理的栅极电压动作进行 IGBT保护，并发出故障信

号到控制系统。

7.EXB841内部结构及典型应用电路

EXB841存在的 不足：

（1） 过流保护阀值太高， Uce过流识别值为 7?7.5V时,IGBT将严重过流而使性能严重下 降或损坏?

（2） 存在保护盲区，从脉冲输出到开始保护，大约有2.5us的延迟时间，如果在特定的工 作条件下，脉宽小于这一时间，同时存在过流的情况，电路将连续工作而不能保护 ，从而很 快导致IGBT损坏

（3） 软关在断保护不可靠 ，过流保护后，在10us内驱动信号缓降至零 ，因为存盲区时间 同时还有较长的软关断时间，这就导致不可靠，使保护效果变差?

（4） 负偏压不足，EXB841使用单一的+20V电源产生+15V和-5V偏压，在高电压大电流条 件下，开关管通断会产生干扰，使截止的IGBT误导通?

（5） 过电流保护无自锁功能， 在过流保护时，EXB841对IGBT进行软关断，但此时如果撤 除外部输入信号，IGBT会直接进行硬关断?

第六章

1?调功器基本原理（方框部分为调功器）

（1）零脉冲电路（2）导通比电路（3）过流截止电路（4） “与”门电路（5）脉冲变压器

2?交流调功器主电路设计要点

（1） 承受的反向重复峰值电压 URRM和断态重复峰值电压 UDRM是额定输入电压的峰值，

当额定输入电压 U1N位220V，峰值311V，取两倍安全余量，可选 700V晶闸管。

（2） 双向晶闸管额定电流按调功器额定输出电流 IR的1.5~2倍余量选取。

（3） 每个反并联晶闸管的电流有效值是 IR/22，通态电流平均值IT （AV）的选取应大于等 于（1.5~2）IR/1.57 V 2

（4） 门极触发电流IGT通常取小于等于250mA，若采用强触发则由晶闸管元件标称值限定。

3?交流调功器概述

功能：调节输出功率（对电压电流波形没有严格要求）

应用：主要用于以镍铬或铁铬铝材料为发热元件的电热装置的温度自动控制

控制模式：过零触发半周波控制（定周期 /变周期）、移相触发控制

4?过零触发半周波控制型调功器

将交流电源每N个电压半周定为一个调节周期 T,在该调节周期内调节导通电压半周的个数

M来调节输出功率 U0=UinV（ M/N ）

过零触发调功器特点：负载得到的电压（电流）波形总是完整的正弦波，避免了电流的瞬时冲

击，功率因数高，但负载电流存在频率低于基频的次谐波分量，应用范围受限制， 且调节周

期较长

5?调相触发型调功器

以每个交流电压半周为调节周期，通过调节晶闸管的导通相位角进行调功。

调节周期仅为0.01s,对于热惯性小的加热系统也适应 调相触发调功器特点：负载的电压（电流）是缺角正弦波，功率因数差，且存在高次谐波，对 电网和无线电波会产生射频干扰

6?调压调速：无论直流电机还是交流电机，在改变它们的输入电压时，电机的转速将随之改 变，调节电机的输入电压控制电机转速。 调压和调速系统的差异就是所控制的对象和目标不

同。

7.晶闸管相控交流调压调速系统

调压调速原理：异步电动机定子供电频率不变时， 其电磁转矩与输入电压有效值的平方成正

比，禾U用交流调压电路，可以达到调速目的

保护系统：零位启动保护、缺相保护、过流保护

8?线绕式异步电动机串级调速：采用相控有源逆变调节逆变角， 改变了回馈至电网的转差功

率从而实现调速，调速装置的功率远小于电动机的功率，特别适合大功率应用（几千千瓦）

9?稳压电源类型：磁放大式稳压器、滑动式交流稳压器、分级自动改变变比的稳压电源、铁 磁谐振式稳压器、感应式交流稳压器、晶闸管交流相控斩波稳压器、恒压恒频交流电源、交 流净化型稳压电源。

10.交流稳压电源基本工作原理 ：对双向晶闸管 T进行相控，可改变等效电感 L2,从而改变 L2、C2并联的等效电抗的大小及性质（感性或容性），也就改变了补偿电压 U2的大小和相

位，从而达到稳定输出电压目的。

第八章

1.电力电子装置的研制流程

栈木要求方案论il整机调试

栈木要求

方案论il

整机调试

2?电磁兼容性：干扰可以在不损害信息的前提下与有用信号共存。

电力电子装置的电磁兼容性应从两个方面考核， 一是不干扰其他设备， 不影响其他设备的正 常运行，二是自身不受其他设备的干扰， 对于电磁兼容容许的干扰信号， 装置应该能够正常 工作。

3.形成电磁干扰的条件：

（1 ）向外发送电磁干扰的源

-—噪声源

（2）传递电磁干扰的途径

噪声耦合和辐射

（3）承受电磁干扰的客体

-受扰设备

4?抑制电磁干扰的原则：

（1） 抑制噪声源，直接消除干扰原因

（2） 消除噪声源和受扰设备之间的噪声耦合和辐射，切断电磁干扰的传递途径，或者提高

传递途径对电磁干扰的衰减作用

（3） 加强受扰设备抵抗电磁干扰的能力，降低其对噪声的敏感度

5.常见的抑制电磁干扰的措施

（1） 用电路和器件抑制电磁干扰（抑制尖峰电压：并联二极管续流，接入 RC电路等；防 止干扰信号通过电路传递：光电耦合器、变压器等进行电路的电隔离）

（2） 滤波（滤波器是由电阻、电感和电容构成的电路网络，禾U用电感和电容的阻抗和频率

的关系，将叠加在有用信号上的噪声分离出来）

（3） 屏蔽（通过各种屏蔽物体对外来电磁干扰的吸收或反射作用来防止噪声侵入，或将设

备内部产生的辐射电磁能量限制在设备内部，以防止干扰其他设备）

（4）布线（导线种类、粗细、走线方式、线距、对称性、屏蔽方法、导线长短、捆扎或绞

合方式对导线电感、电阻的耦合有直接影响）

（5）接地（屏蔽、滤波和接地技术密切相关）

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