第四章：交流变换电路张老师6

第四章交流变换电路（AC—AC变换）第一节：概述1、交流调压：输入电压与输出电压的频率相同，但两者的幅度不同。2、交流变换的定义：将一种交流电能变换为另一种交流电能。第二节：理想条件下单相调压电路一、单相交流调压电路的理想模型1、电路：xui(t)GT(t)uo(t)数学模型二、输出电压U0的谐波和电压增益1、开关转移函数G：开关转移函数的频率分析：将G展开为傅立叶级数由图可知G为偶函数，所以只有余弦项。含有直流分量，频率为的基波以及高次谐波。平均值=D…直流分量2、输出电压U0的表达式及频率分析：xui(t)GT(t)uo(t)ωG(ω)DωUo(ω)DUmωc2ωc3ωcωsωc

-ωsωc

+ωsxui(t)G(t)uo(t)LPFuo1(t)交流调压电路的数学模型

Z为复阻抗：当改变D可以改变输出电流。输入电流基波分量的分析小结：如果输入和输出均增加一个LPF，就基波而言，类似于Buck电路。1、电路四、非互补控制方式的交流调压电路2、无电流检测的控制方式2.1控制信号的分布T1AD1AD1BT1BD2BD2AT2BT2A等效电路为BUCK电路T1AD1AD1BT1BD2BD2AT2BT2AT1A+D1AT2B+D2BT1B+D1B纯阻2.3、Z0为感性负载

U01是U0的基波分量，i01是i0的基波分量

i01与u01将产生的滞后角。在过零点附近出现

i01与u01不同相问题。感性负载3、带有电流检测的非互补控制方式控制方案用is和us共同决定控制信号。仍处于高电平，这样保证正电流续流（但同，所以中无电流）仍处于高电平，这样保证负电流有通路，不会出现共同关断状态斩波管T1A,T2A为开关信号但是因为斩波管T2A

处于阻断，不会出现半长臂共同导通现象。小结：时，续流为斩波管。T2A是斩波管斩波续流斩波续流第三节三相交流调压电路(略）三个主控开关：TA,TB,TC；同一控制信号ug

一只续流开关TN：ugN控制信号与ug互补工作原理:一AB向为例,在uab的正半周.当ug=高电平,TA/TB/ON红线示出了电流回路当ugN=高电平,TA/TB/OFF蓝线示出了电流回路第四节有半控器件

组成的直接变频电路（略）Cycloconverter周波变换器直接变频器(AC/AC)实际上是AC/DC变换器的DC输出调节成按正弦缓慢变化.一般输出频率较低,用于低频大功率负载第五节由全控器件组成的直接变频电路方案2，二级变换电路DC/AC—AC/AC实现能量的双向传送具体电路见图5-10电路结构:高频逆变电路:K5~K6直接降频电路:K1~K4方案1：三级变换电路：DC/AC—AC/DC—DC/AC具体电路，见图4-13/p.175缺点：效率低/能量单向传送DC/ACAC/DCDC/ACDC/ACAC/AC正半周（一）定性分析AC/AC变换电路的工作原理u1、u2分别是T1和T2的控制信号；uN是变压器的高频输出信号uco是滤波器的输入信号；uco是uN的全波整流信号在低频输出正半周期间，T1和T2交替导通，使得K1和K2等效为一个全波整流电路。推论1：在低频输出负半周期间，T3和T4交替导通，使得K1和K2等效为全波整流电路。推论2：uo为正弦波→uco、uN是SPWM波→前级DC/AC是SPWMDC/AC变换电路的工作原理：

uN0是正负相间的SPWM波高频信号。正负相间→需要一对管子控制其极性，K5和K8。K5/ON时输出正脉冲；K8/ON时输出负脉冲；SPWM波→需要一对管子按SPWM的规律导通或移相方式工作控制K6和K7。本电路采用移相工作方式。极性臂斩波臂高频DC/AC逆变器直接降频AC（高）/AC（低）变换器(二)高频逆变电路/图5-11,5-10

目的;输出

UN交变方波,宽度按正弦变化

uc是载波信号；ug调制信号控制信号的分布:

u1

是uN极性信号,频率与载频信号的频率相同,控制K5,K8。当u1=1时，K5/ON;当u1=0时，K8/ON;u2

是SPWM信号，上升沿是载波信号的起始点,下降沿由uc和ug信号决定.Uc=

ugK6,K7控制UN的脉宽:受的下降沿控制/每遇一个下降沿翻转一次工作原理:K5,K7/ON时,输出正脉冲

K6,K8/ON时,输出负脉冲.当调制信号ug时,u2脉冲变窄,输出电压的平均值降低,实现了输出电压的平均值跟踪调制信号的功能.结果输出

UN为交变方波,宽度按正弦变化极性臂控制臂四个开关的工作顺序类似于移相全桥电路ZVS(三)直接降频电路

电路结构,相敏整流电路K1和K2代替了两个整流二极管。又称之为周波变换电路作用：解调电路LPF的输入电压:uco=Ku2=KuNu2的平均值的正比于调制信号ug，则输出电压的平均值也正比于ug。控制信号的分布：只研究正半周的情况ug1=u1，ug1与ug2互补。工作原理的定性分析：当uN

极性为时，ug1为高电平/T1D1/on,正信号顺利通过。当uN

极性为时，ug2为高电平/T2D2/on,反相信号被整流。正半周1、理想条件下的分时区分析由于输出电感的存在，使得输出电流的基波与整流器输出电压的平均值的基波之间存在一个之后角。因此，在过零点附近，电压和电流不同相，给分析带来了一些麻烦。分为A,B,C,D四个时区分析这个电路：

C区,电压电流同相,与定性分析结果相同(1)UN0﹥0T1导通；

(2)UN0=0T1续流(3)UN0

﹤0T2导通；(4)UN0=0T2续流A区与C区类似：在这两个时区，输出电压的基波uco1与输出电流的基波ico1同相，电源向负载传输能量；

B区,(D区类似)(1)UN0﹥0T3导通；(2)UN0=0T3续流在这两个时区，输出电压的基波uco1与输出电流的基波ico1反向，负载向电源传输能量。LPF作用：载波的频率为fc，调制频率为f，fc>>f，所以LPF可以滤除输出电压中的高频成分,而使其中的低频成分顺利通过滤波器而到达输出端。

uN<0,C区B区

uN>0,C区B区2,功率器件的切换（略)a.由于可控元件采用了硬关断方式，变压器漏感的储能在开关关断瞬间会产生较大的电压和损耗。b.在故障工况，K1和K2同时关断，无法释放滤波电感的能量和变压器漏感的储能。3,有源缓冲电路（略）目的：过电压遏制(1)变压器漏感引起(2)保护性K1K2同时关断4,电路特点(1)实现频率变换和双向功率传送(2)采用了有源关断缓冲电路(3)缓冲电路较复杂二电流源双向型直接变频电路一）电路的结构：由两级电路组成。高频逆变电路和直接降频电路高频逆变电路：工作在DCM状态的准Flyback电路；输入电压，直流电压源Ud；高频变压器有两个副边绕组，L2和L3，分别在低频输出正负半周工作；增加了一个续流二极管D5,使副边的能量能够传输到直流输入电源等效电流源:工作在DCM状态的Flyback电路,从高频变压器的副边的电气特性相当于一个电流源.电流源图(b).工作在CCM状态的波形由于变压器的输出电压为一个固定方波序列；可以认为输出端具有电压源特性;图(c).工作在DCM状态的波形由于变压器的输出电压为一个不固定方波序列；不能认为输出端具有电压源特性。可以认为输出端具有电流源特性。电流源容性负载Co：由于工作在DCM状态的Flyback电路可以等效为一个电流源，所以需要一个容性负载。负载Zo：纯阻，吸收功率直接降频电路:IGBT管T1/T3是低频管:按照负载所需的频率轮流导通;在低频输出电压的正半周,T1始终导通,通过L2将原边的能量传输给负载;反之,T3始终导通,通过L3将原边的能量传输给负载;T1/ONT3/ON电流源MOS管T4/T2是高频管:为将负载的能量传输到输入端提供通路;当T4导通时,通过L2将负载的能量传输给原边;当T2导通时,通过L3将负载的能量传输给原边。T2/ONT4/ON电流源二）工作原理1、基本假设：载波频率足够高，滤波电容足够大，则负载上无高频分量，只有低频电压，2、控制波形的分布ugo:输出电压的极性信号ug1:在输出电压正半周时，恒为高电平ug3:在输出电压负半周时，恒为高电平ug1ug3互补当uo1与io1异号时，能量由负载向电源传输，ug5恒为零/T5/off在输出电压的正半周，当uo1与io1异号时，ug4有输出脉冲，T4处在间断导通/关断状态，将负载的能量出反馈给电源。包括输出电容在内的负载(Zo)上的电流3、分时区工作时区A,

uo1与io1同号，电源向负载传出能量。T1处在恒导通状态在T5/on期间，由于D4反偏/off，将能量存储在变压器原边。在T5/off期间,D4正偏，存储在变压器原边的能量顺利的传输给负载。时区D,

Flyback的逆向工作.io1<0,uo1>0,po1<0D1/on,T5/off当T4/on,电流的回路:PD1L2T4NP负载

将能量存在L2上.由于变压器的极性,D5/off/T5/o