电力电子基础PPT课件

1、1直流斩波电路 直流斩波电路（DC Chopper） 将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 也称为直流-直流变换器（DC/DC Converter）。 一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流交流直流。 电路种类 6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、 升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。 复合斩波电路不同结构基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路相同结构基本斩波电路组合。第1页/共44页2DC-DC变换的基本控制方式1.时间占空比控制 为占空比，f=1/T为斩波频率001TontUudtEETT第2页/共44页3DC-DC变换的基本控制方式

2、 时间占空比控制的几种实现方式： 脉宽控制：T不变，改变ton调节变化，改变Uo 斩波开关频率固定，易于设计输出滤波器 频率控制： ton不变，改变T调节变化，改变Uo 斩波开关频率不固定，难于设计输出滤波器 混合控制：既改变斩波频率，又改变导通时间 优点是可较大幅度改变输出电压平均值，但同样难于设计输出滤波器2.瞬时值控制（滞环控制）开关频率不固定，还可能过高第3页/共44页41.基本斩波电路 降压(BUCK)斩波电路 升压(BOOST)斩波电路 升降压(BUCK-BOOST)斩波电路 Cuk斩波电路 Sepic斩波电路 Zeta斩波电路 第4页/共44页5降压(Buck)斩波电路 全控型器

3、件 若为晶闸管，须有辅助关断电路。续流二极管第5页/共44页6降压(Buck)斩波电路变换器的工作模式 基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析。 VT处于通态和处于断态 初始条件分电流连续和断续第6页/共44页7降压(Buck)斩波电路电流连续时 输入输出电压关系 输入输出电流关系00001EIU IIEIU0000onoffonE U tUtUtET第7页/共44页8降压(Buck)斩波电路 电流临界连续时 电流断续时00max111(1)22220.58onLBLpeakLBEUtETIiEUTLLLETIifL0011010111m ax1201020m ax1m ax01422

4、144LpeakLpeakLBLLLBLBEUTUTUEUiTLETiILIUEIIIL0一 周 期 内 电 感 电 压 积 分 为 零 ：电 感 电 流 尖 峰 为 ：电 感 电 流 平 均 值 为 ： I第8页/共44页9降压(Buck)斩波电路 滤波器设计：依据输出电压U0的纹波指标估算L、C的值020181-11U8LLLoffCI TCIILLUtTUTLC LCC假 定 滤 波 后 直 流 电 流 平 直 ， 即 II半 个 周 期 内 ， 电 容 电 压 的 变 化 ： U而 关 断 模 式 下 ：因 此 ， 根 据 纹 波 比 值 、 斩 波 周 期 以 及 导 通 比 可 以

5、 大 致 设 计 LC滤 波 器第9页/共44页10升压斩波电路保持输出保持输出电压电压（滤波）（滤波）储存电能储存电能第10页/共44页11升压斩波电路工作原理工作原理 假设L和C值很大。 V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定iL，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。 V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。 电压升高得原因： 电感L储能使电压泵升的作用 电容C可将输出电压保持住第11页/共44页12升压斩波电路电流连续时 输入输出电压关系 输入输出电流关系00011offononoffoffE U tEtttUEtL电 感 电 压 u稳 态 下 ： 0 00

6、001LEI U IIIEIIU 第12页/共44页13升压斩波电路 电流断续时2001011(1)2=1/32BU TILETIL0B临界时平均输出电流：当时，I 取最大值。断续时平均输出电流：第13页/共44页14升压斩波电路 滤波器设计：依据电流连续时输入电流iL的纹波输出电压U0的纹波指标估算L、C的值0000=ULCUEEIfLUUIfC 电 流 纹 波 ：其 中电 压 纹 波 ：第14页/共44页15升降压斩波电路第15页/共44页16升降压斩波电路基本工作原理 VT通时，电源E经VT向L供电使其贮能，此时电流为i。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。 VT断时，L的能量向负载

7、释放，电流为iD。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。ototiiDtontoffILIL+-第16页/共44页17升降压斩波电路稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即Ttu0L0d电感电流连续时输出电压为：1tUEEtonooffV处于通态uL = EV处于断态uL = - uooffoontUtE第17页/共44页18升降压斩波电路 当01/2降压，当1/2Ea时10tt VT1、VT4导通，VT2、VT3关断1ttT VT4、VD2导通2ttT VT2、VD4导通，能耗制动状态Uc0 VT1、VT2交替导通， VT4一直通，VT3不

8、通Uc0 VT3、VT4交替导通， VT2一直通，VT1不通第29页/共44页30（2 2）E0时 A（），B（）只输出正的脉冲电压UcEa时10tt VT1、VT4导通，VT2、VT3关断1ttT VD2、VD3导通，仍电动2ttT VT2、VT3导通，反接制动状态VT1和VT4，VT2和VT3同时交替通、断1()TtTt VD1、VD4续流，再生制动状态特点：10tt UAB总等于-E1ttT UAB总等于+E第31页/共44页32电流可逆斩波电路 V1和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第1象限 V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为

9、电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限tta)OOb)ELV1VD1uoioV2VD2EMuoioiV1iD1iV2iD2MR第32页/共44页33电流可逆斩波电路必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路 只作降压斩波器运行时，V2和VD2总处于断态 只作升压斩波器运行时，则V1和VD1总处于断态 第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作 当降压斩波电路或升压斩波电路的电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。 在一个周期内，电枢电流沿正、负两个方向流通，电流不断，所以响应很快。第33页/共44页34桥

10、式可逆斩波电路 电流可逆斩波电路：电枢电流可逆，两象限运行，但电压极性是单向的 当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合，须将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，成为桥式可逆斩波电路 桥式斩波电路又有双极性、单极性和受限单极性之分第34页/共44页35桥式可逆斩波电路 使V4保持通时，电流可逆斩波电路向电动机提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限，即正转电动和正转再生制动状态 使V2 保持通时， V3、 VD3和V4、 VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工作于第3、4象限 ELR+-V1VD1uoV3EMV2VD2ioV4VD

11、3VD4M第35页/共44页36桥式可逆斩波电路1.1.双极性工作方式双极性工作方式 V1与V4同时通断， V2与V3同时通断 V1与V2通断互补， V3与V4通断互补 输出电压波形中电压有正有负，故称双极性。ELR+-V1VD1uoV3EMV2VD2ioV4VD3VD4M uo io io t 0 0 0 t t 2 1 1 2 3 4 a) b) c) 第36页/共44页37桥式可逆斩波电路2.2.单极性工作方式单极性工作方式 V1与V2不断调制， V3与V4全通或全断 V1与V2通断互补， V3与V4通断互补 输出电压波形中电压只有正或只有负，故称单极性。ELR+-V1VD1uoV3EM

12、V2VD2ioV4VD3VD4M uo io io t 0 0 0 t t 2 1 1 2 3 4 a) b) c) 第37页/共44页38桥式可逆斩波电路3.受限单极性工作方式 V1不断调制， V4全通，V3与V2全断 或V2不断调制， V3全通，V1与V4全断 输出电压波形中电压只有正或只有负，且轻载时电流也断续，故称受限单极性。ELR+-V1VD1uoV3EMV2VD2ioV4VD3VD4M uo io io t 0 0 0 t t 2 1 1 2 a) b) c) 第38页/共44页39多相多重斩波电路 多相多重斩波电路是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的p相数 一

13、个控制周期中电源侧的电流脉波数p重数 负载电流脉波数 当上述电路电源公用而负载为多个独立负载时，则为多相1重斩波电路。 而当电源为多个独立电源，向一个负载供电时，则为1相多重斩波电路。 多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用。第39页/共44页403相3重降压斩波电路tOtttttttOOOOOOO1u2u3uoi1i2i3ion 电路结构：相当于由3个降压斩波电路单元并联而成。n 总输出电流为 3 个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的3倍，脉动频率也为3倍。n 总的输出电流脉动幅值变得很小 。n 所需平波电抗器总重量大为减轻。n 总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比。第40页/共44页413.晶闸管斩波器 强制换流电路帮助晶闸管关断:VT2,C,VD1, VD2, L1, L2。改变VT2的触发导通时刻，也就改变了输出电压的脉宽。第41页/共44页424.斩波变阻 转子串电阻调速，调节可以实现无级调速*1dexoffd ondexonRRtR tRRR