新能源汽车电力电子技术 课件 项目三 典型电路认知与检测

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电力电子技术任务一整流电路认知及检测项目三典型电路认知与检测PowerElectronicsTechnologyforNewEnergyVehicles某单位新买了一批电子元器件，有电阻器、电容器、开关、熔断器等，在使用前需要进行抽检这批元器件的质量，应该怎么判断元器件的好坏？任务导入Tasktointroduce学习目标CourseObjectives掌握电阻器的定义以及认识常见的电阻器。掌握电容器的概念以及应用。掌握熔断器的概念，认识其种类、结构原理和规格等内容。能正确识别开关的定义、主要分类、基本结构、主要参数和常见开关等内容。具备从多途径的信息源中检索专业知识的能力。具备检测逆变电路的能力。积极主动与小组成员交流、讨论学习成果，取长补短，完成自我提升。新授NewTeaching01一、整流电路的定义和作用3（一）整流电路的定义定义整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。一、整流电路的定义和作用3（一）整流电路的作用整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。二、整流桥电路的结构整流桥电路的结构整流桥电路通常是由两只或四只整流硅芯片作桥式连接，两只的为半桥，四只的则称全桥。如图1所示。外部采用绝缘朔料封装而成，大功率整流桥在绝缘层外添加锌金属壳包封，增强散热性能。图1整流桥电路的结构实训PracticalTraining02任务实施整流桥电路的结构整流桥电路由交流电源、整流桥、电阻和发光二极管组成，电路中，整流桥将交流电转换为直流电，电阻防止电流电压过大，保护发光二极管，当输入交流电源时，整流桥将AC转变为DC，通过电阻限压限流，到发光二极管，使发光二极管工作。图1整流桥电路的结构任务实施整流桥电路的结构测量：万用表调到二极管档，然后按照它的正向电流来测量，正向电流为：（-）到（AC）（AC）到（+）刚好是从上到下。第1步：使用万用表测量（-）到（AC）的正向导通与否状态，红表笔接（-）极，黑表笔分别接AC两个脚，都是正向导通；图2使用万用表测量（-）到（AC）的正向导通与否状态任务实施整流桥电路的结构第2步：使用万用表测量（AC）到（+）的正向导通与否状态，红表笔接分别接AC两脚，黑表笔接（+）极，都是正向导通；图3使用万用表测量（AC）到（+）的正向导通与否状态任务实施整流桥电路的结构第3步：测量第1步和第2步的反向测量。（1）第1步的反向测法，使用万用表测量（AC）到（一）的正向导通与否状态，红表笔分别接AC两脚，黑表笔接（一）极，两次都是反向截止。图4使用万用表测量（AC）到（一）的正向导通与否状态任务实施整流桥电路的结构（2）第2步的反向测法，使用万用表测量（+）到（AC）的正向导通与否状态，红表笔接（+）极，黑表笔分别接AC两个引脚，两次都是反向截止。图5使用万用表测量（+）到（AC）的正向导通与否状态任务实施（三）任务实施LogoHere整流桥电路的结构第4步：AC之间相互测量，都应截止状态。以上测量阻值表示二极管正常，任何一组测量数指不对，就是整流桥电路有问题。图6测量AC之间的导通与否状态感谢聆听THANKYOU新能源汽车

电力电子技术任务二逆变电路认知及检测项目三典型电路认知与检测PowerElectronicsTechnologyforNewEnergyVehicles电动汽车牵引逆变器必须为牵引电机提供80-200kW的高功率，能够耐高温，且体积小、重量轻。逆变器的关键性能参数是高效，即更长的电池寿命和大功率密度，体积小和重量轻，以及高水平的功能安全，可保护车辆操作员和系统。假如你是一名新能源汽车维修工，你是如何检测逆变电路的好坏呢？任务导入Tasktointroduce学习目标CourseObjectives能够描述逆变电路的定义。能够熟知逆变电路的工作原理。能够描述逆变电路的类型。能够熟知逆变电路的换流方式。具备从多途径的信息源中检索专业知识的能力。具备检测逆变电路的能力。积极主动与小组成员交流、讨论学习成果，取长补短，完成自我提升。新授NewTeaching01一、逆变电路的定义（一）定义逆变：将交流电能变换成直流电能的过程称为整流，而把直流电能变换成交流电能的过程称为逆变，它是整流的逆过程。在逆变电路中，按照负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。电压有源逆变无源逆变波形一、逆变电路的定义（一）定义有源逆变如果把逆变电路的输出接到交流电源上，把经过逆变得到的与交流电源同频率的交流电能返送到该电源中，这样的逆变称作有源逆变，相应的装置称为有源逆变器。无源逆变把直流电能变换为交流电能，直接向非电源负载供电的电路，称之为无源逆变电路。一、逆变电路的定义（一）定义交-直-交间接变频电路交-直变换和直-交变换电路两部分组成变频电路将一种频率的交流电变换为另一种频率的交流电的电路，分为交-交直接变频和交-直-交间接变频电路。交-直变换电路整流电路，直-交变换电路即为逆变电路，直-交变换电路是间接变频电路的核心环节。逆变电路根据直流侧储能元件形式的不同，可划分为电压型逆变电路和电流型逆变电路。请你简单叙述逆变电路的工作原理？了解更多二、逆变电路的工作原理（一）分类了解更多给并联负载供电，故又称并联谐振逆变器。电流型逆变电路了解更多给串联负载供电，故又称串联谐振逆变器。电压型逆变电路根据直流侧储能元件形式的不同：电压型逆变电路、电流型逆变电路。二、逆变电路的工作原理（二）工作原理工作原理桥式逆变电路的开关状态由加于其控制极的电压信号决定，桥式电路的PN端加入直流电压Ud，A、B端接向负载。当T1、T4打开而T2、T3关合时，u0=Ud;相反,当T1、T4关合而T2、T3打开时，u0=-Ud。于是当桥中各臂以频率f（由控制极电压信号重复频率决定）轮番通断时，输出电压u0将成为交变方波，其幅值为Ud。重复频率为f，，其基波可表示为把幅值为Ud的矩形波uo展开成傅立叶级数得：u0=4Ud/π（sinwt+1/3sin3wt+1/5sin5wt+...）由式可见,控制信号频率f可以决定输出端频率，改变直流电源电压Ud可以改变基波幅值，从而实现逆变的目的。二、逆变电路的工作原理（二）工作原理

图1逆变电路的工作原理三、逆变电路的类型（一）类型划分输出电能的去向直流电源性质主电路的器件电流波形输出相数三、逆变电路的类型（二）输出电能的去向输出交流电能输向交流电源的逆变电路。有源逆变电路输出交流电能直接用于负载的逆变电路。无源逆变电路输出电能的去向可分为有源逆变电路和无源逆变电路。前者输出的电能返回公共交流电网，后者输出的电能直接输向用电设备。三、逆变电路的类型（三）直流电源性质电压型逆变电路直流侧并联大电容，使直流电源近似为恒压源的逆变电路。电流型逆变电路直流侧串联大电感，使直流电源近似为恒流源的逆变电路。按直流电源性质可分为由电压型直流电源供电的电压型逆变电路和由电流型直流电源供电的电流型逆变电路。三、逆变电路的类型（三）直流电源性质按主电路的器件划分：由具有自关断能力的全控型器件组成的全控型逆变电路；由无关断能力的半控型器件（如普通晶闸管）组成的半控型逆变电路。半控型逆变电路半控型逆变电路必须利用换流电压以关断退出导通的器件。负载换流式逆变电路若换流电压取自逆变负载端，称为负载换流式逆变电路。这种电路仅适用于容性负载；对于非容性负载,换流电压必须由附设的专门换流电路产生，称自换流式逆变电路。三、逆变电路的类型（四）电流波形正弦逆变电路开关器件中的电流为正弦波，其开关损耗较小，宜工作于较高频率。1非正弦逆变电路开关器件电流为非正弦波，因其开关损耗较大，故工作频率较正弦逆变电路低。2三、逆变电路的类型（五）输出相数123单相逆变电路三相逆变电路多相逆变电路四、逆变电路的换流方式（五）输出相数逆变电路的换流方式将电网的负电压施加到欲关断的晶闸管上使其关断的换流方式。电网电压换流采用专门的换流电路，给要关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式。常利用附加电容上所存储的能量来实现，因此也称为电容换流。强迫换流在采用IGBT、P-MOSFET、GTO和GTR等全控型器件的电路中，利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。器件换流由负载提供换流电压的方式，即负载谐振换流方式。凡是负载电流的相位超前于负载电压的场合，例如电容性负载，均可实现负载换流。负载换流实训PracticalTraining02变压器晶体管现象利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。一种固体半导体器件（包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管等，有时特指双极型器件），具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。将12V直流电输入，经过电路变压后，转变为220V交流电输出。任务实施(一)基于变压器和晶体管逆变电路的认知任务实施(二)基于变压器和晶体管逆变电路搭接电路搭接：变压器和晶体管逆变电路是由可调直流电源12V、插件电阻、安规电容、涤纶电容、整流二极管、2个PNP三极管、线圈和变压器等组成。如图2所示。01图2变压器和晶体管逆变电路任务实施(二)基于变压器和晶体管逆变电路搭接接通电路图，其中左边B+、B-为12V直流电源输入端，右边A、B、C、D为12V直流电源输出端。将万用表调至交流电压档，可以在实训箱中测出电路图A和C两端的交流电压值为220V，如图3所示。02图3测出电路图A和C两端的交流电压值感谢聆听THANKYOU新能源汽车

电力电子技术任务三稳压电路认知及检测项目三典型电路认知与检测PowerElectronicsTechnologyforNewEnergyVehicles新能源汽车不论出现任何故障都不要尝试自行检修，尤其是没有任何电力知识储备的汽车用户要注意。汽车稳压器的作用是使汽车的电量供应在安全的电压范围之内。假如你是一名新能源汽车维修工，你是如何检测稳压电路的好坏呢？任务导入Tasktointroduce学习目标CourseObjectives能够描述稳压电路的定义。能够熟知稳压电路的原理能够稳压电路的类型。具备从多途径的信息源中检索专业知识的能力。具备检测稳压电路的能力。获得分析问题和解决问题的基本方法。积极主动与小组成员交流、讨论学习成果，取长补短，完成自我提升。新授NewTeaching01一、稳压电路的定义（一）定义稳压电路:输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时，仍能保持输出电压恒定的电路。这种电路能提供稳定的直流电源，广为各种电子设备所采用。电压波形二、稳压电路的原理（二）工作原理工作原理交流输入电压e1由变压器Tp变成电压e2,经整流、滤波后向调整电路（稳压电路）输送一个不稳定的脉动的直流电压Ui。因Ui或稳压电路输出电流I0的变动而引起输出电压U0变化时,调整电路使U0保持原值或者只有极小的变动。调整电路中的调整管工作在线性放大区的称为线性电源，工作在非线性区的则称为开关电源。线性电源分为简单稳压电路、并联稳压电路、串联稳压电路和集成化稳压电路。二、稳压电路的原理（二）工作原理图1直流稳压器结构框图三、稳压电路的类型（一）类型划分按输出电流的类型分直流稳压电路交流稳压电路按稳压电路与负载的连接方式分串联稳压电路并联稳压电路按调整管的工作状态分线性稳压电源开关稳压电源按电路类型分简单稳压电源反馈型稳压电源带有放大环节的稳压电路。三、稳压电路的类型（二）直流稳压电路图2

串联型稳压电路直流稳压电路在输入直流电压和负载之间串联入一个三极管，用三极管的管压降代替稳压二极管电路中的稳压电阻R0当UI或RL变化引起输出电压U0变化时，U0的变化将反映到三极管的发射结电压UBE上，引起UCE的变化，从而调整U0，以保持输出电压的基本稳定。根据三极管所起的作用，称为调整管。由于调整管与负载是串联关系，所以如图2所示称为串联型稳压电路。三、稳压电路的类型（二）直流稳压电路图2

串联型稳压电路直流稳压电路它主要由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件组成。比较放大可以是单管放大电路、差动放大电路、集成运算放大器。调整元件可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联，取样电路取出输出电压U0的一部分和基准电压VREF比较。三、稳压电路的类型（三）开关稳压电路优点与线性稳压电路相比，它的功率转换效率可大于90%，动态稳压性能好，可省去工频变压器，除体积、质量大大减小外，在电网电压大范围变化下仍能调节输出电压使其稳定。方法常用的实现开关控制的方法；有自激式开关稳压器、脉宽调制式开关稳压器和直流变换式开关稳压器等。三、稳压电路的类型（三）开关稳压电路图3采用直流变换器的开关稳压电路框图

对工频电压直接整流-滤波后获得的直流电压,由开关管变为高频电压。后者经高频换流变压器变为一定的电压，再经高频整流－滤波以后给出所需的输出电压u0；开关管的工作受脉冲调制器和驱动放大器的控制。当输出电压u0发生变化时，来自输出端的取样信号经比较电路产生误差信号，然后通过脉冲调制器来控制开关管的开关工作比，从而使直流变换器的输出保持稳定。开关管是在饱和区断续工作的，所以功耗较线性电源的调整管为小，因而效率较高。大功率电力稳压器是有补偿变压器、调压器、控制电路、检测电路和操作电路组成。三、稳压电路的类型（四）串联稳压电路图3串联型稳压电源串联型稳压电源V1是调整管，调节输出电压，它与负载电阻是串联的，所以称为串联型稳压电源。R1给V1提供合适的偏置，使V1工作在放大状态；利用三极管电流放大作用可以提高输出电流。同时R1还是限流电阻，保护V2管。V2管稳定三极管基极的电位。优缺点优点：电路简单，调试方便。缺点：稳压灵敏度不够，稳压效果差，需改进。实训PracticalTraining02任务实施(一)稳压电路的检测当稳压电路的输入电压在一定范围波动时，输出电压的稳定性；01输出电压在不带负载与带负载的稳定性；02带轻负载与重负载的稳定性(允许范围内)；03输出过流、过压和短路保护的可靠性。04任务实施(二)基于稳压二极管组成稳压电路的认知0102定义基于稳压二极管组成稳压电路利用稳压二极管反向击穿特性组成的电路。组成基于稳压二极管组成稳压电路由电源、稳压二极管、电阻、发光二极管组成。任务实施(三)基于稳压二极管组成稳压电路搭建原理：电路属于串联电路，稳压二极管反向串联在电路中，具有稳压的作用，如图4所示。电路方向为：V+→稳压二极管→R7→LED→GND。01图4稳压电路感谢聆听THANKYOU新能源汽车

电力电子技术任务四滤波电路认知及检测项目三典型电路认知与检测PowerElectronicsTechnologyforNewEnergyVehicles现有的新能源汽车中使用的滤波器为一级LC滤波方式即设置一个共模电感和一组电容，一组电容中包括消除差模干扰的x电容和消除共模干扰的y电容。通过共模电感、x电容和y电源进行搭配滤波，消除高压直流电的电磁辐射。任务导入Tasktointroduce学习目标CourseObjectives能够描述滤波电路的基本概念。能够熟知滤波电路的类型。具备从多途径的信息源中检索专业知识的能力。具备检测滤波电路的能力。认真严谨、积极主动。安全生产，文明施工。与小组成员、同学之间能合作交流，协调工作。积极主动与小组成员交流、讨论学习成果，取长补短，完成自我提升。新授NewTeaching01一、滤波电路的基本概念（一）定义滤波电路：常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。整流电路能将交流电转变为直流电，但由于交流电压大小时刻在变化，故整流后流过负载的电流大小也时刻变化。二、滤波电路的类型（一）类型和定义无源滤波电路无源滤波电路的结构简单，易于设计，但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合。有源滤波电路有源滤波电路一般由RC网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能使用，同时还可以进行放大。二、滤波电路的类型（二）组成无源滤波电路若滤波电路元件仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成，则称为无源滤波电路。有源滤波电路若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管、单极型管、集成运放）组成，则称为有源滤波电路。二、滤波电路的类型（三）主要形式无源滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LC-π型滤波和RC-π型滤波等)。有源滤波电路有源RC滤波，也被称作电子滤波器。二、滤波电路的类型（四）应用无源滤波电路无源滤波电路通常用在功率电路中，比如直流电源整流后的滤波，或者大电流负载时采用LC（电感、电容）电路滤波。有源滤波电路有源滤波电路的负载不影响滤波特性，因此常用于信号处理要求高的场合。但电路的组成和设计也较复杂。有源滤波电路不适用于高电压大电流的场合，只适用于信号处理。二、滤波电路的类型（五）电容滤波电路图1电容滤波电路及电压波形1.电容滤波是利用电容充、放电原理工作的。电容滤波电路及有关电压波形如图1（b）所示。2.电容滤波电路如图1（a）所示，电容C为滤波电容。220V交流电压经变压器T1降压后，在L2上得到如图1b所示的U2电压。4.如t1时刻UL1电压最大，t2时刻UL1电压变为0，这样时大时小、时有时无的电压使负载无法正常工作，在整流电路之后增加滤波电容可以解决这个问题。3.在没有滤波电容C时，负载RL得到电压为UL1，UL1电压随U2电压波动而波动，波动变化很大，二、滤波电路的类型（五）电容滤波电路01电容使整流电路输出电压波动变小的功能滤波定义03电容容量越大，滤波效果越好。作用02在输入电压高时通过充电将电能存储起来，而在输入电压较低时通过放电将电能释放出来，从而保证负载得到波动较小的电压。实质二、滤波电路的类型（六）电感滤波电路电感滤波电路01利用电感储能和放能原理工作的。电感滤波定义03电感滤波的效果与电感的电感量有关，电感量越大，流过负载的电流波动越小，滤波效果越好。作用02在如图2所示的电路中，电感L为滤波电感。220V交流电压经变压器T1降压后，在L2上得到U2电压。原理图2电感滤波电路二、滤波电路的类型（六）电感滤波电路当输入电压高使输入电流大时，电感产生电动势对电流进行阻碍，避免流过负载的电流过大，而当输入电压低使输入电流小时，电感又产生反电动势，反电动势产生的电流与变小的整流电流一起流过负载，避免流过负载的电流减小，这样就使得流过负载的电流大小波动较小。二、滤波电路的类型（七）复合滤波电路

滤波电路特点输出电压波形带负载能力使整流二极管所受冲击电流LC型比较稳定\较强大大减小LC-π型高平滑较差仍存在较大的冲击电流RC-π型高平滑较差功耗较大表1复式滤波电路的特点二、滤波电路的类型（七）复合滤波电路——LC滤波电路LC滤波电路由电感和电容构成，其电路结构如图虚线框内部分所示。01整流电路输出的脉动直流电压先由电感L滤除大部分波动成分，少量的波动成分再由电容C进一步滤掉，供给负载的电压波动就很小。02LC滤波电路带负载能力很强，即使负载变化时，输出电压都比较稳定。03图3LC滤波电路由于电容接在电感之后，在刚接通电源时，电感会对突然流过的浪涌电流产生阻碍，从而减小浪涌电流对整流二极管的冲击。二、滤波电路的类型（七）复合滤波电路——LC-π型滤波电路LC-π型滤波电路由一个电感和两个电容接成π型构成，其电路结构如图4所示虚线框内