新能源汽车驱动电机及控制系统检修 课件 4.2认知AC-DC变换电路

认知AC-DC变换电路教学目标1.掌握AC-DC变换电路的作用及在汽车上的应用;2.掌握AC-DC变换电路的结构组成及工作原理;3.掌握AC-DC变换电路的实验板制作。重点：AC-DC变换电路的工作原理。难点：AC-DC变换电路实验板制作。一任务描述二任务分析三信息收集四制定方案五任务实施六总结评价教学流程一、任务描述

新能源汽车动力电池包储存的是直流电，所以车载充电系统给新能源汽车充电时需要将交流电转换为直流电。那么这个转换是如何来实现的呢？下面一起来了解一下吧！二、任务分析1.交流电如何整流？2.AD-DC整流电路种类有哪些？

AC-DC变换电路是实现交流电和直流电转换的电力电子装置，也叫整流电路。在装配有车载充电设备的新能源汽车中，车载充电机将电网的单相或三相交流电转变为直流电供给动力电池包。当驱动电机进入能量反馈阶段，电机控制器也需要将三相交流电转换成直流电，为动力电池包馈能充电。

整流电路分为不可控整流和可控整流两种。一、AC-DC变换电路概述三、收集信息

1、单相半波整流电路

单相半波整流电路是实现整流的最基本的电路形式。它是利用二级管的单向导通性，将单相的交流电转化为脉动直流电，使得从变压器出来的电压只有半个周期能到达负载。以下为单相半波整流电路的工作原理示意图及其输出波形。该电路由交流电源U；整流二极管VD；负载RL组成。二、不可控型整流电路三、收集信息如图A，电路工作分为以下两个阶段：①在交流电源U的正半周，二极管VD导通，电流i0通过二极管VD流向负载RL。②在交流电源U的负半周，二极管VD反向截止，电流无法通过负载RL。以上电路工作产生的整流波形如B图所示，因为该整流电路只有交流电正半波通过负载，即只有半个周期的二级管导通，输出单方向的脉动直流电。所以称之为单相半波整流电路。三、收集信息2、单相全波整流电路如下图所示为单相全波整流电路结构及工作原理图。电路由交流输入电源U1；整流二极管VD1、VD2、VD3、VD4；负载RL组成。三、收集信息电路工作包含以下两个阶段：①在交流电源U1的正半周，二极管VD2和VD4导通，VD1和VD3截止，电流从负载RL上正向通过。②在交流电源U1的负半周，二极管VD1和VD3导通，VD2和VD4截止，电流从负载RL上正向通过。以上两个阶段中，交流电源的正负半波都通过二级管流向负载，且都是正向通过，其输入及输出波形如图所示。在输入电源的一个信号周期内有两个半波信号的输出，整流输出效率比半波整流提高一倍，故此电路称为单相全波整流电路。三、收集信息3、三相全波整流电路

对于输入电源为三相交流电的二极管整流电路，广泛采用三相全波整流电路。电动汽车的进行制动能量回收时，也采用类似电路。其基本电路结构及工作原理如下图A所示，电路由输入的三相交流电源U；整流二极管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6；负载R组成。图B为负载R的输出电压波形示意图。三、收集信息

六个整流二极管中，VD1、VD3、VD5阴极相连，VD2、VD4、VD6阳极相连，共同构成桥式整流电路。该电路在工作时，遵循以下导通规律：共阳极的三个二极管中，阴极电压最低者导通。共阴极的三个二级管中，阳极电压最高者导通。其工作情况可分为以下六个阶段：①在如图B所示的波形Ⅰ阶段，Ua电压最高，Ub电压最低。则此时VD1和VD6导通，Ud=Uab=Ua-Ub。②在波形Ⅱ阶段，Ua电压最高，Uc电压最低。此时VD1和VD2导通，Ud=Uac=Ua-Uc。③在波形Ⅲ阶段，Ub电压最高，Uc电压最低。此时VD2和VD3导通，Ud=Ubc=Ub-Uc。④在波形Ⅳ阶段，Ub电压最高，Ua电压最低。此时VD3和VD4导通，Ud=Uba=Ub-Ua。⑤在波形Ⅴ阶段，Uc电压最高，Ua电压最低。此时VD4和VD5导通，Ud=Uca=Uc-Ua。⑥在波形Ⅵ阶段，Uc电压最高，Ub电压最低。此时VD5和VD6导通，Ud=Ucb=Uc-Ub。以上六个阶段是一个周期的三相交流电共同完成转换为具有六个脉冲波形的直流电的过程。整流输出的电压Ud等于各个不同时刻相电压的叠加。显然，三相全波整流电路输出电压Ud的波形与单相全波整流电路相比更平滑，脉动幅值较小，后期滤波更为简单。三、收集信息三、收集信息

可控型整流电路分为由晶闸管构成的半控型整流电路和以IGBT构成的全控型整流电路。而采用SPWM控制技术的全控型整流电路相比传统的整流电路，有以下优点：通过控制全控型开关元件的PWM占空比，可以消除交流输入侧电流畸变，使其更接近正弦波形，且相位与输入电压同相；整流后直流侧输出电压波纹较小；另外，功率因数得到提高，接近1。PWM整流电路可分为电压源型和电流源型两种。下面主要以单相及三相电压源型PWM整流电路为例作电路原理阐述。。

三、可控型整流电路三、收集信息1、单相电压源型PWM整流电路如下图所示为单相PWM整流电路结构及工作过程示意图。电路由单相交流电源AC；储能电感L；电源电阻RS；全控型功率开关元件VT1、VT2、VT3、VT4；四个反向并联的整流二极管VD1、VD2、VD3、VD4；电容C；负载RL组成。PWM整流电路不是单一功能的AC-DC转换电路，它能够实现升压、整流和逆变三种工作模式。三种工作模式一共有八种不同的开关组合方式，电路工作过程可分为以下八个阶段：三、收集信息①当单相交流电源处于正半周时，VT2和VD4导通。此时电路构成两个回路：一是交流电源AC，电感L，VT2，VD4，交流电源给电感储能充电；二是电容C，负载RL，电容向负载放电。②当单相交流电源处于正半周时，VT3和VD1导通。此时电路构成两个回路：一是交流电源AC，电感L，VD1，VT3，交流电源给电感储能充电；二是电容C，负载RL，电容向负载放电。③当单相交流电源处于正半周时，VD1和VD4导通。此时电路构成一个回路：交流电源AC，电感L，VD1，电容C和负载RL，VD4。由于电感L磁通变化，感应电压与电源电压叠加作用于电容C与负载L，实现升压整流的过程。④当单相交流电源处于正半周时，VT1和VT4导通。此时电路构成两个回路：一是电容C，负载RL，电容向负载放电；二是电容C，VT1，电感L，交流电源AC，VT4，电容C向交流电源反馈电流，这是一个DC-AC的逆变过程。三、收集信息⑤当单相交流电源处于负半周时，VT4和VD2导通。此时电路构成两个回路：一是交流电源AC，电感L，VT4，VD2，交流电源给电感储能充电；二是电容C，负载RL，电容向负载放电。⑥当单相交流电源处于负半周时，VT1和VD3导通。此时电路构成两个回路：一是交流电源AC，电感L，VD3，VT1，交流电源给电感储能充电；二是电容C，负载RL，电容向负载放电。⑦当单相交流电源处于负半周时，VD2和VD3导通。此时电路构成一个回路：交流电源AC，VD3，电容C和负载RL，VD2，电感L。由于电感L磁通变化，感应电压与电源电压叠加作用于电容C与负载L，实现升压整流的过程。⑧当单相交流电源处于负半周时，VT2和VT3导通。此时电路构成两个回路：一是电容C，负载RL，电容向负载放电；二是电容C，VT3，交流电源AC，电感L，VT2，电容C向交流电源反馈电流，这是一个DC-AC的逆变过程。以上八个工作过程，通过全控型开关元件的导通顺序和PWM占空比，不仅可以实现整流输出电压的升压调节，也可以实现电源的逆变。三、收集信息

2、三相电压源型PWM整流电路

如下图所示为三相电压源型PWM整流电路结构及工作原理示意图。电路由三相交流电源Ua、Ub、Uc；电源电阻R；储能电感L；六个全控型功率开关元件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6；六个反向并联的整流二极管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6；电容C；负载RL组成。三相电压源型PWM整流电路工作原理和单相电压源型PWM整流电路基本一致。通过全控型开关元件的PWM占空比控制，在交流侧得到符合正弦规律变化的PWM电压，可以作为一个可控的正弦三相电压源。控制整流电路输出的三相交流电压的时间间隔和相位，就可以得到对应大小和相位的输入电流。三、收集信息四、制定方案

本次实训任务主要是完成半波整流、全波整流和桥式整流基本电路实验板制作。分组查阅相关资料，学习整流滤波电路的基本知识，分析整流滤波电路工作原理，制作三种整流滤波电路并制订其任务方案。五、任务实施（1）半波整流电路制作①根据电路原理图，制作的电路实验板需满足以下功能要求：电路输出端有半波信号输出。②利用示波器，读取负载RL两端输出波形并分析。五、任务实施（2）全波整流电路制作①根据电路原理图，制作的电路实验板需满足以下功能要求：电路输出端有全波信号输出。②利用示波器，读取负载RL两端输出波形并分析。五、任务实施（3）桥式整