大工秋《电源技术》辅导资料十八.docx

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大工秋《电源技术》辅导资料十八

电源技术辅导资料十八

主题：

第五、六、七章复习资料

学习时间：

2011年2月14日－2月20日

内容：

我们这周主要学习第五、六、七章“UPS不间断电源”、“交流稳压电源”、“整流电路”的内容，掌握重点知识点。

一、学习要求

1．掌握UPS不间断电源的相关技术；

2．掌握交流稳压电源的相关技术；

3．掌握整流电路的主电路及工作原理

二、主要内容

1．UPS不间断电源的相关技术

UPS分类

按输入输出相数分：

单进单出、三进单出和三进三出UPS。

UPS方框图

现在的UPS电源工业，可向用户提供如下几种类型的UPS电源品种：

后备式UPS;在线互动式UPS;三端式UPS;双变换在线式UPS;Delta变换型UPS

后备式UPS

存在转换时间。

保护性能较差。

结构简单，体积小，重量轻，控制容易，成本低。

在线式UPS电源

输出的电压经过UPS处理，输出电源品质较高。

无转换时间。

结构复杂，成本较高。

保护性能好，对市电噪音以及浪涌的抑制能力强。

在线交互式UPS电源

具有双向转换器，UPS电池充电间较短。

存在转换时间。

控制结构复杂，成本较高。

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。

UPS电源的主要性能和技术指标

（输入特性输出特性保护性能）

输入特性

输入电压范围

频率输入范围

输入功率因数

输入电流谐波

输入频率范围

频率跟踪速率

输出特性

输出电压波形失真度

输出电压稳压精度

输出功率因数

三相不平衡能力

UPS输出效率

保护性能

输入保护特性

输出过压／欠压保护特性

输出过载／短路保护

电池低压保护

UPS的其他保护性能

UPS逆变工作原理及主要技术

中、大功率UPS的整流器一般采用相控式整流电路。

相控式整流电路结构简单，控制技术成熟，但交流输入功率因数低并向电网注入大量的谐波电流。

电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。

PWM整流电路也可分为电压型和电流型两大类，目前电压型的较多。

单相PWM整流电路

半桥电路直流侧电容必须由两个电容串联，其中点和交流电源连接。

UPS中的逆变器

正弦波输出的UPS通常采用SPWM逆变器，这是一种抑制谐波分量的最有效的方法，有单相输出，也有三相输出。

对于小功率的UPS，电路中的开关器件一般采用MOSFET管；而对于大功率的UPS，则采用IGBT管。

UPS中的锁相技术

锁相就是利用两个信号的相位差，通过转换装置形成控制信号，以强迫两个信号相位同步的一种自动控制系统，称为锁相环或环路。

基本的锁相环路由鉴相器、低通滤波器和压控振荡器组成

基本锁相环路的方框图

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。

这种电路相对于输入信号的交流电源的任意相位均可同步接通，称为非零电压开关。

静态开关的切换有两种方式：

同步切换和非同步切换。

绝大部分在线式UPS除了具有同步方式外，还具有非同步切换方式。

很明显，非同步切换方式会造成负载短时间断电。

2．交流稳压电源的相关技术

交流稳压电源的分类及特点

能够提供一个稳定电压和频率的电源称交流稳定电源。

目前国内多数厂家所做的工作是交流电压稳定。

下面结合市场有的交流稳压电源简述其分类特点。

参数调整（谐振）型

自耦（变比）调整型

改变抽头型

大功率补偿型

开关型交流稳压电源 

电子调节式稳压电源原理

电子调节式稳压电源由交流调整回路与直流控制回路两大部分组成。

交流调整回路包括自耦变压器（N1、N2）和可变电抗器N3。

直流控制回路主要包括取样、放大和保护等电路。

3．整流电路的主电路及工作原理

AC/DC变流器分类

按整流相数分

单相电路：

单脉波或双脉波

三相电路：

三脉波或六脉波

多相电路：

P脉波。

按电路控制特点分

半控型整流电路。

全控型整流电路。

单相AC/DC变流器

硅整流二极管的主要参数：

额定正向整流电流IF（平均值）

正向电压降UF（平均值）

反向漏电流IB（平均值）

最高反向工作电压UR（峰值）

击穿电压UB（峰值）

额定结温TJM（℃）：

晶闲管导通要具备下列两个条件：

阳-阴极之间加有正向电压；门—阴极之间加正向电压和电流（触发脉冲）。

这两个条件必须同时满足，缺一不可。

正弦电量的有效值和平均值

有效值是从电流的热效应来定义的。

单相半波整流电路

电压和电流的平均值

电压和电流的有效值

单相半波可控整流电路

上图所示是最简单的单相半波可控整流电路。

单相AC/DC变流器

单相全波可控整流电路

单相半波可控整流电路只适用于小功率的场合，在实际应用中，广泛应用的是单相全波可控整流电路。

单相桥式全控整流；单相桥式半控整流；单相双半波可控整流

1）单相桥式全控整流

A.电阻负载

尽管整流电路的输入电压是交变的，但流过负载RL上的电流方向是相同的，1个周期内脉动2次，从而使直流输出电压、电流的脉动程度较前述的单相半波电路得到了改善，电路正、负半周期均能工作

直流输出电压的平均值是半波可控整流的2倍

α＝0时，Uoa最大；α＝π时，Uoa＝0

所以阻性负载的移相范围π

输出电流的平均值

输出电压的有效值

输出电流有效值就是变压器二次电流有效值

B．单相桥式全控整流电路（电感负载）

输出电压的平均值

当α＝0，Ud＝0.9U2；当α＝90。

，Ud＝0，所以移相角为90。

晶闸管导通角＝180。

，与α大小无关，它承受的最大反向耐压值

输出电流的平均值和有效值

id为恒定的直流，输出电流的平均值和有效值相等，这个有效值也是变压器二次电流的有效值，Id＝I2

单相桥式半控整流电路

在单相桥式全按整流电路中，将共阳极的两只晶闸管（V2、V4）换成功率二极管，这样就构成了单相桥式半控整流电路

输出电压平均值

失控现象及其预防

电源正半周当V1触发导通后，如欲停止其工作而使触发脉冲消失，此后V3无触发脉冲而处于阻断状态，但在电源电压的负半周，电流从V2换到V4，由于电感上感应电动势的续流作用，电流经Vl、V4继续流通，电感释放能量，若电感很大，V1将维持导通到电压进入到下一个周期的正半周，V1承受正向电压继续导通，而此时电流又从V4自然换流到V2，如此循环，出现V1一直导通，V4、v2轮流导通现象，电路失去控制，输出变为单相半波不可控整流电压波形，造成单管过热而损坏。

失控现象预防：

续流二极管

三相AC/DC变流器

三相半波可控整流电路

1）电阻负载

对于三相半波可控整流电路，为了得到零线，整流变压器T的二次绕组必须接成星形，而初级绕组多接成三角形。

3个晶闸管V1、V2、V3阳极分别连接u、v、w三相电源，共阴极点通过负载只接电源零点N，这种连接对触发电路有公共线连接，比较方便。

各晶闸管按同样的规律依次触发导通，并关断前面一个已导通的晶闸管。

输出的整流电压是三相交流相电压正半周的包络线。

在1个周期内整流电压有3次脉动，因此脉动频率为3×50Hz＝150Hz

各晶闸管的触发脉冲，其相序应与电源的相序相同，依次间隔120°。

在一个周期内各自导通120°，电流是连续的。

ωt1、ωt2、ωt3是各晶闸管触发导通的最早时刻，在这点之前晶闸管承受反向电压，不能触发导通，因此把它作为计算控制角的起点α＝0。

三相电压的交点称为自然换相点。

整流输出电压平均值

分两种情况

α<30°

α>30°

α＝150°，输出直流电压为零

输出电流平均值Ioa＝Uoa/RL

晶闸管电流平均值Iva＝Ioa/3

晶闸管电流有效值，分两种情况

α>30°

晶闸管承受的最大电压为线电压峰值

三相全控半波整流电路：

电感性负载

当α＝90°时输出电压平均值为零，故电感性负载的移相范围90°

晶闸管承受的正、反向电压

输出电压平均值，当电流连续的情况下

晶闸管电流平均值，在电源一个周期内，每个晶闸管导通120°

晶闸管电流有效值

前面讲的是三相半波可控整流电路的共阴极接法，三个晶闸管也可以共阳极连接，输出电压为负值，如下图

如果把共阴极和共阳极整流电路如串联起来，共用一个电源变压器，向两个负载供电，于是变压器二次绕组就有正向电流和反向电流流过，各流通120度，则绕组的利用串可提高一倍

如果R1＝R2，则

Id1＝Id2

Io＝Id1－Id2＝0

相当于零线，可以取消，构成三相桥式整流电路

三相桥式全控整流电路

为了保证整流装置能启动工作，或在电流断续后能再次导通，必须对共阴极组及共阳极组的各一只晶闸管同时加触发脉冲，使它们导通，才能形成电流回路。

可采用两种办法：

宽脉冲触发

双窄脉冲触发

从上述分析可得如下结论：

三相桥式全控整流电路必须有两只晶闸管同时导通才能构成电流回路，其中一只公共阴极组，另一只在共阳极组，而且这两只导通的管子不在同一相内。

因此，负载电压是两相电压之差，即线电压，一个周期内有六次脉动，它为线电压的包络线。

晶闸管在一个周期内导通120°，关断240°，管子换流只在本组内进行，每隔120°换流一次

触发脉冲需宽脉冲或双窄脉冲，共阴极组及共阳极组内各管脉冲相位差为120°，接在同一相的不同组管子脉冲相位差为180°。

晶闸管按顺序轮流导通，相邻顺序管子脉冲相位差为60°，即每隔60°换流一次。

晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次侧线电压峰值。

变压器二次侧电流不存在直流分量，克服了三相半波电路的缺点。

α＝30°

α＝60°，ud波形处于连续与断续的临界状态

α>60°的波形

α＝120°时，输出电压为零，故三相桥式全控整流电路的移相范围120°

参数计算

电阻性负载

输出电压平均值。

输出电压是线电压的一部分，三相三角形接法电路中，线电压超前相电压30°。

α<60°

晶闸管电流有效值

α>60°，每当线电压正半周结束时电流截止

三相桥式全控整流电感负载

当α<60°时，电路的工作情况与电阻负载时基本相同。

不同之处在于，大电感负载的电感作用使负载电流波形为一条水平线，而电阻负载时Id波形与Ud波形一样。

α>60°，电阻负载时输出电压断续，电流中断。

而大电感负载时，当线电压进入负半周后，由于电感电势的作用使晶间管继续导通，电流仍将连续，但Ud波形出现负的部分。

当α>90°时，输出电压正负半波相等，Ud＝0，因此阻感负载时移相范围是90°

电感负载

输出电压平均值

每只晶闸管一个周期导通120°，其波形为矩形波，故流过晶闸管电流有效值为

如变压器二次侧为星形按法，二次侧相电流i2如u相波形，它为正负半周各宽120°、两者前沿差180°的矩形波，其有效值

三、重要考点

（一）选择题

1.交流稳压电源分为（）。

A.谐振型B.变比型C.净化型D.开关型

答案：

ABCD

2.单相桥式全控整流电阻负载，直流输出电压的平均值是半波可控整流的（）倍。

A.1B.2C.3D.1.414

答案：

B

（二）判断题

1．单相桥式全控整流电路（电感负载）移相角为90°。

（正确）

2.晶闲管导通要具备下列两个条件：

阳-阴极之间加有正向电压；门—阴极之间加正向电压和电流（触发脉冲）。

这两个条件必须同时满足，缺一不可。

（正确）