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电力电子装置是指利用电力电子器件对电能进行变换和控制的设备，广泛应用于工业、交通、能源、家电等领域。它主要通过对电压、电流、频率等电能参数进行高效变换，实现对用电设备的高效驱动与控制。

电力电子装置的核心是电力电子器件，如晶闸管（SCR）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等。这些器件能够在高电压、大电流条件下快速导通与关断，实现对电能的精确控制。常见的电力电子装置包括整流器、逆变器、斩波器和交流调压器等。整流器用于将交流电转换为直流电；逆变器则将直流电转换为交流电，广泛应用于不间断电源（UPS）和变频器中；斩波器用于直流电的电压变换，常见于电动汽车和直流电机调速系统；交流调压器则用于调节交流电压，应用于照明控制和电炉温度控制等场合。

随着新能源技术的发展db34∕t 2832-2017 沥青砂处治水泥路面裂缝技术实施指南，电力电子装置在风力发电、光伏发电、电动汽车充电等领域发挥着越来越重要的作用。它们不仅提高了能源利用效率，还增强了系统的稳定性和可控性。

总之，电力电子装置是现代电力系统和自动化控制中不可或缺的关键设备，其技术进步对推动能源转型和智能制造具有重要意义。

一只晶闸管用于通过正半周电流，另一只晶闸管则用于通过负半周电流。

3、静态开关的切换方式：

静态开关的主电路一般由两只晶闸管开关反并联组成，

图7.3.6单相输出UPS的静态开关原理图

切换时，首先触发静态开关2，使之导通，然后再封锁静态开关1的触发脉冲，因此，静态开关1和静态开关2同时导通，此时，市电和逆变器同时向负载供电。

3、静态开关的切换方式：

1）同步切换：先通后断

（1）能保证在切换的过程中供电不间断。（2）在切换的过程中，逆变器必须跟踪市电的频率、相位和幅值。防止产生环流，烧坏逆变器。

图7.3.6单相输出UPS的静态开关原理图

先封锁正在导通的静态开关触发脉冲，延迟一段时间，待导通的静态开关关断后，再触发另外一路静态开关。

3、静态开关的切换方式：

2）非同步切换：先断后通

会造成负载短时间断电。

7.1开关电源7.2有源功率因数校正7.3不间断电源（UPS）7.4静止无功补偿装置7.5变频调速装置7.6电力电子系统可靠性概述

根椐所采用的电力电子器件，静止无功补偿装置分为两大类型：1、采用晶闸管开关的静止无功补偿装置：1）晶闸管控制电抗器（ThyristorControlledReactor—TCR）2）晶闸管投切电容器（ThyristorSwitched　Capacitor—TSC）2、采用自换相变流器的静止无功补偿装置：也即（静止无功发生器（StaticVarGenerator—SVG）或高级静止无功补偿装置（AdTancedStaticVarCompensator—ASVC）。

1、组成：由电力电子器件与储能元件构成。2、特点：在于能快速调节容性和感性无功功率，实现动态补偿。3、应用：常用于防止电网中部分冲击性负荷引起的电压波动干扰、重负荷突然投切造成的无功功率强烈变化。

——（StaticVarCompensator—SVC）

晶闸管控制电抗器(TCR)

图7.4.1TCR的基本原理图

其单相基本结构是两个反并联的晶闸管与一个电抗器串联，这样的电路并联到电网上，就相当于电感负载的交流调压电路结构。其工作原理和不同触发角时的工作波形与交流调压电路完全相同。

晶闸管投切电容器(TSC)

图7.4.2TSC单相机构及其控制系统原理图

工作时，TSC与电网并联，当控制电路检测到电网需要无功补偿时，触发晶闸管静态开关并使之导通，这样，便将电容器接入电网，进行无功补偿；当电网不需要无功补偿时，关断晶闸管静态开关，从而切断电容器与电网的联接。因此，TSC实际上就是断续可调的吸收容性无功功率的动态无功补偿装置。

TSC由两个反并联的晶闸管构成的静态开关与电容器串联组成。

晶闸管投切电容器(TSC)

图7.4.3TSC主电路

为使补偿电容器的投入与切除过程不引发主电路的涌流冲击，必须选择准备投入的电容器上的电压为电网线电压的正或负峰值且电压极性相同的时刻，切除时只要撤消触发信号即可，开关在电流过零之后会自行关断。

图7.4.4晶闸管电压过零触发电路示意图

晶闸管投切电容器(TSC)

3、电容器投切判据与信号检测

在图7.4.5中设节点相电压为：

图7.4.5节点相电压与负载电流

上式中，ip(t)和iq(t)分别为有功电流分量和无功电流分量。当ωt=2kπ时：

可见，只要测量在相电压正向过零时刻的负载电流，就可知对应的无功电流最大值IQM。这种无功电流检测方法简单、快速（在一个周期内只要采样一次）。

（1）以无功电流为投切判据

（1）以无功电流为投切判据

晶闸管投切电容器(TSC)

上式△C即为全补偿所需投切的电容量，△C为负值，则是切除相应容量的电容器；反之，则应投入相应容量的电容器。

图8.4.6中，电压信号经滤波后由过零脉冲发生电路产生相电压，正向过零脉冲信号，作为采样保持器的采样开关信号，于是采样保持器的输出就是无功电流幅值。图7.4.5中，iL=ic+is，如果使iq=ic，则实现了完全补偿。

图7.4.6无功电流为投切判据的检测电路原理图

（2）以无功功率为投切判据

晶闸管投切电容器(TSC)

可让单片机通过Ａ/Ｄ转换同时对和信号在一个周期内进行Ｎ次采样，得到2Ｎ个数据，由此进行下述离散运算得到UBC、IA和PBC：

对于对称三相补偿，只要取任意两相电压（线电压）和另一相电流，就可测得无功功率。

图7.4.7检测A相电流和BC相线电压向量图

由于PBC=UBCIAsinΦ，则功率因数为:

晶闸管投切电容器(TSC)

图7.4.8TSC控制器原理框图

TSC的控制器主要由单片机、键盘接口电路、液晶显示接口电路、数据存储器、同步电压检测、电压电流和频率检测，还有触发电路等部分组成。该控制器硬件的原理方框图如图7.4.8所示。

静止无功发生器(SVG)

图7.4.9SVG基本电路结构

适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。

图7.4.9给出了采用自换相电压型桥式的SVG基本电路结构。

静止无功发生器(SVG)

图7.4.10SVG等效电路及其工作原理

通过同步电路控制，使与同频同相，然后改变的幅值大小即可以控制SVG从电网吸收的电流是超前还是滞后90°，并且还能控制该电流的大小。

仅考虑基波频率时SVG工作原理可以用图7.4.10（a）所示的单相等效电路来说明。

当大于时，电流超前电压90°，SVG吸收容性无功功率；当小于时，电流滞后电压90°，SVG吸收感性无功功率。

若均匀地改变定子频率，则可以平滑地改变电机的转速。

由交流电机的转速公式：

因此，在各种异步电机调速系统中，变频调速的性能最好，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，同时效率高，是交流调速的主要发展方向。

变频调速的基本控制方式

（1）基频以下的变频调速

（2）基频以上的变频调速

变频调速的基本控制方式

（1）基频以下的变频调速

三相异步电动机的每相电动势为：式中：——定子每相感应电动势的有效值；——定子电源频率；——定子每相绕组串联匝数；——基波绕组系数；——每极气隙磁通量。

在调速的过程中，随着输入电源的频率降低，必须相应地改变定子电压U，以保证气隙磁通不超过设计值。如果使=常数，则在调速过程中可维持近似不变，这就是恒压频比控制方式。

当U不变时，随着电源输入频率的降低，将会相应增加。

变频调速的基本控制方式

（2）基频以上的变频调速

当电压U一定时，电机的气隙磁通随着频率f的升高成比例下降，类似直流电机的弱磁调速，因此，基频以上的调速属恒功率调速。

电源频率从基频向上提高，可使电机的转速增加。由于电机的电压不能超过其额定电压，因此在基频以上调频时，U只能保持在额定值。

根据式(7.5.1)：

（1）间接变频调速装置

图7.5.1间接变频装置的三种机构形式

间接变频调速装置即交一直一交变频装置，首先将工频交流电源通过整流器变换成直流，然后再经过逆变器将直流变换成电压和频率可变的交流电源。按照电路结构和控制方式的不同，间接变频装置又可以分为三种，如图7.5.1（a）、（b）、（c）所示。

（1）间接变频调速装置

图7.5.1间接变频装置的三种机构形式

（a）所示的间接变频装置由相控整流电路和逆变电路构成，其中整流电路调节输出电压的大小，逆变电路控制输出交流的频率。

（b）所示的间接变频装置由二极管整流电路、斩波器和逆变器三部分构成，其中斩波器用调节输出电压，逆变器用于调节输出频率。

（c）所示的间接变频装置由二极管整流电路和PWM逆变器构成t／camet05002-2020 城市轨道交通隧道抗风压防火门工程技术规范，其中调压和调频全部由PWM逆变器完成。

图7.5.2直接变频装置

直接变频装置的结构如图7.5.2所示，它采用交一交变频电路，只用一个变换环节，直接将恒压恒频的交流电源变换成VVVF电源。根据输出波形，直接变频装置可以分成方波形和正弦波型两种。此类变频装置一般只用于低速大容量的调速系统，如轧钢机、球磨机、水泥回转窑等。

1、结构：由二极管整流电路、能耗制动电路、逆变电路和控制电路组成，逆变电路采用IGBT器件，为三相桥式SPWM逆变电路。

db23t 3202-2022 煤化工企业应急预案编制指南 第1部分：焦化图7.5.3开环控制的SPWM的变频调速系统结构简图

图7.5.3开环控制的SPWM的变频调速系统结构简图