電力電子技術(shù)_第五版_第5章 直流斬波電路

1、第五章第五章 直流斬波電路直流斬波電路 5.1 基本斬波電路基本斬波電路(1) 降壓斬波電路降壓斬波電路(2) 升壓斬波電路升壓斬波電路 (3) 升降壓斬波電路升降壓斬波電路5.2 復合斬波電路復合斬波電路 (1) 電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路 (2) 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路v直流斬波電路直流斬波電路 將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的變換將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的變換 電路電路, ,也稱為直流也稱為直流- -直流變換器直流變換器 一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姡话ㄒ话阒钢苯訉⒅绷麟娮優(yōu)榱硪恢绷麟?，不包?直流直流交流交流直流直流v斬波方式：斬波方式： 周期周期

2、T T不變，改變導通時間不變，改變導通時間TonTon調(diào)寬調(diào)寬 導通時間導通時間TonTon不變，改變周期不變，改變周期T T調(diào)頻調(diào)頻 T, TonT, Ton都改變都改變混合調(diào)制混合調(diào)制v 斬波器分類斬波器分類： 降壓斬波器降壓斬波器 ，升壓斬波器，復合斬波器，升壓斬波器，復合斬波器5.1.1 5.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路( (一一) ) 工作電路工作電路IGBT,若為晶閘管，須有若為晶閘管，須有關斷輔助電路關斷輔助電路續(xù)流二極管續(xù)流二極管負載負載出現(xiàn)出現(xiàn)的反的反電動電動勢勢5.1 5.1 基本斬波電路基本斬波電路 （二）（二） 工作原理工作原理電流連續(xù)電流連續(xù)電流斷續(xù)電流斷續(xù) （1

3、 1）電流連續(xù)）電流連續(xù) V V為通態(tài)期間，為通態(tài)期間，設負載電流為設負載電流為i i1 1，有有 ： 設此階段電流初值為設此階段電流初值為I I1010， =L/R=L/R，解上式得解上式得（三）數(shù)量關系分析（三）數(shù)量關系分析從電路理論角度推導從電路理論角度推導v瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析 V V為斷態(tài)期間，設為斷態(tài)期間，設負載電流為負載電流為i i2 2，有：有：設此階段電流初值為設此階段電流初值為I I2020，解上式得：解上式得： 且：且：I I1010i i2 2(t(t2 2) )，I I2020=i=i1 1(t(t1 1) )，代入代入,REmeeREREeeITt1111M/101RE

4、meeREREeeITt1111/201M當當L無窮大時無窮大時o2010IREmII上式表示了平波電抗器上式表示了平波電抗器L L為無窮大，負載電流完全為無窮大，負載電流完全平直時的負載電流平均值平直時的負載電流平均值I Io o，此時負載電流最大值、此時負載電流最大值、最小值均等于平均值。最小值均等于平均值。tonV通的時間通的時間 toffV斷的時間斷的時間 導通占空比導通占空比v平均值分析平均值分析（2）電流斷續(xù)）電流斷續(xù)I I1010=0=0，且且t=t=ton+tton+tx x時，時，i i2 2=0=0代入上代入上tx11，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升輸出電壓高于電源電

5、壓，故稱該電路為升壓斬波電路壓斬波電路Ttoff1EEU111oEtTEtttUoffoffoffonoT/T/t toffoff升壓比；升壓比；升壓比的倒數(shù)記作升壓比的倒數(shù)記作 ，即即 和和 的關系：的關系：因此，因此，U U0 0可表示為可表示為v以上分析中，認為以上分析中，認為V V通態(tài)期間因電容通態(tài)期間因電容C C的作用使得輸?shù)淖饔檬沟幂敵鲭妷撼鲭妷篣 Uo o不變，但實際不變，但實際C C值不可能無窮大，在此階段值不可能無窮大，在此階段其向負載放電，其向負載放電，U Uo o必然會有所下降，故實際輸出電壓必然會有所下降，故實際輸出電壓會略低。會略低。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)分析輸出電流的平均值根

6、據(jù)電路結(jié)構(gòu)分析輸出電流的平均值I Io o為：為： oo1IUEI RERUI1ooREIEUI2oo11v如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負載負載R R消耗，即消耗，即與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路也可看成是與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路也可看成是直流變壓器。直流變壓器。則電源電流的平均值則電源電流的平均值I I1 1為：為： （四）升壓斬波電路典型應用（直流電機傳動）（四）升壓斬波電路典型應用（直流電機傳動）通常是用于直流電動機再生制動時把電能回饋給通常是用于直流電動機再生制動時把電能回饋給 直流電源直流電源實際電路中電感實際電路

7、中電感L L值不可能為無窮大，因此也有電值不可能為無窮大，因此也有電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)此時電機的反電動勢相當于右此時電機的反電動勢相當于右圖圖中的電源，而此中的電源，而此時的直流電源相當于右圖中的負載。由于直流電源時的直流電源相當于右圖中的負載。由于直流電源的電壓基本是恒定的，因此不必并聯(lián)電容器。的電壓基本是恒定的，因此不必并聯(lián)電容器。v工作原理工作原理mmett11lnonx當電樞電流斷續(xù)時：當電樞電流斷續(xù)時：當t=0時刻i1=I10=0，當t=t2時，i2=0，得：txt0ffeem11-電流斷續(xù)的條件電流斷續(xù)的條件5.1.3 5.1.3 升降壓斬波電路升降壓

8、斬波電路(一）原理圖：（二）（二） 工作原理工作原理 V V通時，電源通時，電源E E經(jīng)經(jīng)V V向向L L供電使其貯能，此時電供電使其貯能，此時電流為流為i i1 1。同時，同時，C C維持維持輸出電壓恒定并向負載輸出電壓恒定并向負載R R供電。供電。V V斷時，斷時，L L的能量向負的能量向負載釋放，電流為載釋放，電流為i i2 2。負負載電壓極性為上負下正，載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬該電路也稱作反極性斬波電路波電路. .動態(tài)演示動態(tài)演示穩(wěn)態(tài)時，一個周期穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)內(nèi)電感儲存的能量等于釋放的能量電感儲存的能量等于釋放的能量EEt

9、TtEttU1ononoffono（三）數(shù)量關系（三）數(shù)量關系 offoontUtE結(jié)論：結(jié)論： 改變導通比改變導通比a a，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當以比電源電壓低。當00a 1/2a 1/2時為降壓，當時為降壓，當1/21/2a a 11時為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。時為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。EEtTtEttU1ononoffono2o1IUEI 其輸出功率和輸入功率相等，可看作直流變壓器。其輸出功率和輸入功率相等，可看作直流變壓器。 復合斬波電路：復合斬波電路： 5.2 復合斬波電路復合斬波電路降壓斬波電

10、路和升壓斬波電路的組合構(gòu)成降壓斬波電路和升壓斬波電路的組合構(gòu)成 （1）電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路（2 2）橋式可逆斬波電路）橋式可逆斬波電路 5.2.1 電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路斬波電路用于拖動直流電動機時，常要使電動機斬波電路用于拖動直流電動機時，常要使電動機既可電動運行，又可再生制動既可電動運行，又可再生制動, ,可通過電流可逆斬可通過電流可逆斬波電路來實現(xiàn)波電路來實現(xiàn). .電流可逆斬波電路由降壓斬波電路電流可逆斬波電路由降壓斬波電路和升壓斬波電路復合而成和升壓斬波電路復合而成. .l原理圖：電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路V V1 1和和VDVD1 1構(gòu)成降壓斬波電路，由電

11、源向直流電動機構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動機供電，電動機為電動運行，工作于第供電，電動機為電動運行，工作于第1 1象限象限分析：V V2 2和和VDVD2 2構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動機的動能構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動機的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電動機作再生制動運行，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫矗闺妱訖C作再生制動運行，工作于第工作于第2 2象限象限必須防止必須防止V1和和V2同時導通而導致的電源短路同時導通而導致的電源短路l 只作降壓斬波器運行時，則只作降壓斬波器運行時，則V2V2和和VD2VD2總處于斷態(tài)；總處于斷態(tài)；l 只作升壓斬波器運行時，則只作升壓斬波器運行時，則V1V1和和V

12、D1VD1總處于斷態(tài)；總處于斷態(tài)；l第第3 3種工作方式：一個周期內(nèi)交替地作為降壓斬種工作方式：一個周期內(nèi)交替地作為降壓斬波電路和升壓斬波電路工作波電路和升壓斬波電路工作 電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路：電樞電流可逆，兩象限運：電樞電流可逆，兩象限運行，但電壓極性是單向的行，但電壓極性是單向的 當需要電動機進行正、反轉(zhuǎn)以及可電動又可制當需要電動機進行正、反轉(zhuǎn)以及可電動又可制動的場合（即四象限運行），須將兩個電流可逆動的場合（即四象限運行），須將兩個電流可逆斬波電路組合起來，分別向電動機提供正向和反斬波電路組合起來，分別向電動機提供正向和反向電壓，成為向電壓，成為橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路. .5.2.2 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路使使V V4 4保持通時，等效為一電流可逆斬波電路，向保持通時，等效為一電流可逆斬波電路，向電動機提供正電壓，可使電動機工作于第電動機提供正電壓，可使電動機工作于第1 1、2 2象象限，即正轉(zhuǎn)電動和正轉(zhuǎn)再生制動狀態(tài)限，即正轉(zhuǎn)電動和正轉(zhuǎn)再生制動狀態(tài). .使使V V2 2保持通時，保持通時，V V3 3、VDVD3 3和和V V4 4、VDVD4 4等效為又一組電等效為又一組電流可逆斬波電路，向電動機提供負電壓，可使電流可逆斬波電路，向電動機提供負電壓，可使電動機工作于第動機工作于第3 3、4 4象限象限. . ELR+-V1VD1uoV