第8章 組合變流電路

1、2022-5-31PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作2PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作3v 組合變流電路：組合變流電路：是將AC/DC、DC/DC、AC/AC和DC/AC四大類基本變流電路中的某幾種基本的變流電路組合起來，以實(shí)現(xiàn)一定的新功能。v 間接交流變流電路：間接交流變流電

2、路：先將交流整流為直流，再逆變?yōu)榻涣?，是先整流后逆變的組合。 應(yīng)用：應(yīng)用： 交直交變頻電路（Variable Voltage Variable FrequencyVVVF），主要用作變頻器。 恒壓恒頻變流電路（Constant Voltage Constant FrequencyCVCF），主要用作不間斷電源（Uninterruptable Power SupplyUPS）。v 間接直流變流電路：間接直流變流電路：先將直流逆變?yōu)榻涣?，再整流為直流電，是先逆變后整流的組合。 應(yīng)用：應(yīng)用：各種開關(guān)電源（Switching Mode Power SupplySMPS） PEN EC西安交通大學(xué)電力電

3、子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作4v 間接交流變流電路主要按電壓型、電流型進(jìn)行分類。v 間接交流變流電路，其逆變部分多采用PWM控制。8.1.1間接交流變流電路原理間接交流變流電路原理1電壓型間接交流變流電路電壓型間接交流變流電路 電壓型間接交流變流電路在負(fù)載能量反饋到中間直流電路時(shí)，將導(dǎo)致電容電壓升高，稱為泵升電壓，如果能量無法反饋回交流電源，泵升電壓會(huì)危及整個(gè)電路的安全。AC（負(fù)載）AC（電源）圖圖8-1 不能再生反饋的電壓型間接交流變流電路 PEN EC西安

4、交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作5為使電路具備再生反饋電力的能力，可采用：帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路當(dāng)泵升電壓超過一定數(shù)值時(shí)，使V0導(dǎo)通，把從負(fù)載反饋的能量消耗在R0上 AC負(fù)載AC電源V0R0圖圖8-2 帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制

5、作制作制作6利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流變流電路當(dāng)負(fù)載回饋能量時(shí)，可控變流器工作于有源逆變狀態(tài)，將電能反饋回電網(wǎng)。AC負(fù)載AC電源圖圖8-3 利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流變流電路 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作7整流和逆變均為PWM控制的電壓型間接交流變流電路整流和逆變電路的構(gòu)成完全相同，均采用PWM控制，能量可雙向流動(dòng)。輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，且可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行。 AC負(fù)載AC電源

6、圖圖8-4 整流和逆變均為PWM控制的電壓型間接交流變流電路 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作82電流型間接交流變流電路電流型間接交流變流電路 整流電路為不可控的二極管整流時(shí)，電路不能將負(fù)載側(cè)的能量反饋到電源側(cè)。 為使電路具備再生反饋電力的能力，可采用： 整流電路采用晶閘管可控整流電路。 負(fù)載回饋能量時(shí)，可控變流器工作于有源逆變狀態(tài)，使中間直流電壓反極性。AC負(fù)載AC電源AC負(fù)載AC電源再生反饋輸送功率功率流向IdUdUL圖圖8-6

7、采用可控整流的電流型間接交流變流電路圖圖8-5 不能再生反饋電力的電流型間接交流變流電路 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作9 整流和逆變均為PWM控制的電流型間接交流變流電路通過對(duì)整流電路的PWM控制使輸入電流為正弦波，并使輸入功率因數(shù)為1。 M3整流C逆變LdVT1VT3VT5VT4VT6VT2UVWabc電源負(fù)載圖圖8-7 電流型交直交PWM變頻電路圖圖8-8 整流和逆變均為PWM控制的電流型間接交流變流電路 PEN EC西安交通

8、大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作10 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)存在一些固有的缺點(diǎn)：(1) 受使用環(huán)境條件制約；(2) 需要定期維護(hù)；(3) 最高速度和容量受限制等。 交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)除了克服直流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)外還具有：(1) 交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；(2) 節(jié)能；(3) 高精度，快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。 采用變頻調(diào)速方式時(shí)，無論電機(jī)轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率的消耗基本不變，系統(tǒng)效率是各種交流調(diào)速方式中最高的，具有顯著的節(jié)能效果，是交流調(diào)速傳動(dòng)應(yīng)用最多的一種方式

9、。 籠型異步電動(dòng)機(jī)的定子頻率控制方式，有：(1) 恒壓頻比（U/f）控制；(2) 轉(zhuǎn)差頻率控制；(3) 矢量控制；(4) 直接轉(zhuǎn)矩控制等。 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作111恒壓頻比控制恒壓頻比控制為避免電動(dòng)機(jī)因頻率變化導(dǎo)致磁飽和而造成勵(lì)磁電流增大，引起功率因數(shù)和效率的降低，需對(duì)變頻器的電壓和頻率的比率進(jìn)行控制，使該比率保持恒定，即恒壓頻比控制，以維持氣隙磁通為額定值。恒壓頻比控制是比較簡單，被廣泛采用的控制方式。該方式被用于轉(zhuǎn)速

10、開環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)，適用于生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能要求不高的場合。 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作12工作原理工作原理：轉(zhuǎn)速給定既作為調(diào)節(jié)加減速的頻率f指令值，同時(shí)經(jīng)過適當(dāng)分壓，作為定子電壓U1的指令值。該比例決定了U/f比值，由于頻率和電壓由同一給定值控制，因此可以保證壓頻比為恒定。M電壓及頻率控制PWM生成驅(qū)動(dòng)給定積分器絕對(duì)值變換器轉(zhuǎn)速給定u、f 指令電機(jī)動(dòng)正、反轉(zhuǎn)uabsugtu*co圖圖8-9 采用恒壓頻比控制的變頻

11、調(diào)速系統(tǒng)框圖 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作13 在給定信號(hào)之后設(shè)置的給定積分器，將階躍給定信號(hào)轉(zhuǎn)換為按設(shè)定斜率逐漸變化的斜坡信號(hào)ugt，從而使電動(dòng)機(jī)的電壓和轉(zhuǎn)速都平緩地升高或降低，避免產(chǎn)生沖擊。 給定積分器輸出的極性代表電機(jī)轉(zhuǎn)向，幅值代表輸出電壓、頻率。絕對(duì)值變換器輸出ugt的絕對(duì)值uabs，電壓頻率控制環(huán)節(jié)根據(jù)uabs及ugt的極性得出電壓及頻率的指令信號(hào)，經(jīng)PWM生成環(huán)節(jié)形成控制逆變器的PWM信號(hào)，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制變頻器中IG

12、BT的通斷，使變頻器輸出所需頻率、相序和大小的交流電壓，從而控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作142轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制在穩(wěn)態(tài)情況下，當(dāng)穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時(shí)，異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)差角頻率w ws成正比。因此，控制w ws就相當(dāng)于控制轉(zhuǎn)矩。采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制，使定子頻率w w1= w wr+ w ws，則w1隨實(shí)際轉(zhuǎn)速w wr增加或減小，得到平滑而穩(wěn)定的調(diào)速，保證了較高的調(diào)速范圍。轉(zhuǎn)差頻率控制方式

13、可達(dá)到較好的靜態(tài)性能，但這種方法是基于穩(wěn)態(tài)模型的，得不到理想的動(dòng)態(tài)性能。 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作153矢量控制矢量控制 異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無法達(dá)到理想的動(dòng)態(tài)性能。 矢量控制方式基于異步電機(jī)的按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的動(dòng)態(tài)模型，將定子電流分解為勵(lì)磁分量和與此垂直的轉(zhuǎn)矩分量，參照直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，分別獨(dú)立地對(duì)兩個(gè)電流分量進(jìn)行控制，類似直流調(diào)速系統(tǒng)中的雙閉環(huán)控制方式。 控制系統(tǒng)較為復(fù)雜

14、，但可獲得與直流電機(jī)調(diào)速相當(dāng)?shù)目刂菩阅堋?直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制方法同樣是基于動(dòng)態(tài)模型的，其控制閉環(huán)中的內(nèi)環(huán)，直接采用了轉(zhuǎn)矩反饋，并采用砰砰控制，可以得到轉(zhuǎn)矩的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。并且控制相對(duì)要簡單許多。 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作16 CVCF電源主要用作不間斷電源（UPS）。UPS廣泛應(yīng)用于各種對(duì)交流供電可靠性和供電質(zhì)量要求高的場合。UPS基本工作原理是，市電正常時(shí)，由市電供電，市電經(jīng)整流器整流為直流，再逆變?yōu)?0

15、Hz恒頻恒壓的交流電向負(fù)載供電。同時(shí)，整流器輸出給蓄電池充電，保證蓄電池的電量充足。此時(shí)負(fù)載可得到的高質(zhì)量的交流電壓，具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻性能，也稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。 蓄電池市電整流器逆變器負(fù)載圖圖8-10 UPS基本結(jié)構(gòu)原理圖 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作17 市電異常乃至停電時(shí)，蓄電池的直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻恒壓交流電繼續(xù)向負(fù)載供電，供電時(shí)間取決于蓄電池容量的大小。 為了保證長時(shí)間不間斷供電，可采用柴油發(fā)電機(jī)（簡稱油機(jī)）作為后備電源

16、。 增加旁路電源系統(tǒng)，可使負(fù)載供電可靠性進(jìn)一步提高。蓄電池市電整流器逆變器負(fù)載油機(jī)S12圖圖8-11 用柴油發(fā)電機(jī)作為后備電源的UPS 蓄電池市電整流器逆變器負(fù)載油機(jī)1234轉(zhuǎn)換開關(guān)CVCF電源旁路電源S1S2圖圖8-12 具有旁路電源系統(tǒng)的UPS PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作18UPS主電路結(jié)構(gòu)小容量的UPS，整流部分使用二極管整流器和直流斬波器（PFC），可獲得較高的交流輸入功率因數(shù)，逆變器部分使用IGBT并采用PWM控制，可

17、獲得良好的控制性能。大容量UPS主電路。采用PWM控制的逆變器開關(guān)頻率較低，通過多重化聯(lián)結(jié)降低輸出電壓中的諧波分量。 市電整流器斬波器DCL蓄電池直流濾波器 逆變器交流濾波器交流開關(guān)負(fù)載圖圖8-13 小容量UPS主電路 蓄電池晶閘管開關(guān)整流器市電旁路電源晶閘管開關(guān)晶閘管開關(guān)負(fù)載交流濾波器逆變器用變壓器GTO逆變器圖圖8-14 大功率UPS主電路 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作19 間接直流變流電路：先將直流逆變?yōu)榻涣?，再整流為直流?/p>

18、，也稱為直交直電路。圖圖8-15 間接直流變流電路的結(jié)構(gòu) 采用這種結(jié)構(gòu)的變換原因： 輸出端與輸入端需要隔離。 某些應(yīng)用中需要相互隔離的多路輸出。 輸出電壓與輸入電壓的比例遠(yuǎn)小于1或遠(yuǎn)大于1。 交流環(huán)節(jié)采用較高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾波電容的體積和重量。工作頻率高于20kHz這一人耳的聽覺極限，可避免變壓器和電感產(chǎn)生噪音。變壓器整流電路濾波器直流交流交流脈動(dòng)直流直流逆變電路 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作20逆變電路通

19、常使用全控型器件，整流電路中通常 采 用 快 恢 復(fù) 二 極 管 、 肖 特 基 二 極 管 或MOSFET構(gòu)成的同步整流電路（Synchronous Rectifier）。間接直流變流電路分為單端(Single End)和雙端(Double End)電路兩大類。單端電路：變壓器中流過的是直流脈動(dòng)電流，如正激電路和反激電路。雙端電路：變壓器中的電流為正負(fù)對(duì)稱的交流電流。如半橋、全橋和推挽電路。 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作21 電

20、路的工作過程（電路圖電路圖8-16波形圖波形圖8-17） 開關(guān)S開通后，變壓器繞組N1兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的N2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)。因此VD1處于通態(tài)，VD2為斷態(tài)，電感L的電流逐漸增長； S關(guān)斷后，電感L通過VD2續(xù)流，VD1關(guān)斷。S關(guān)斷后變壓器的勵(lì)磁電流經(jīng)N3繞組和VD3流回電源，所以S關(guān)斷后承受的電壓為 。 變壓器的磁心復(fù)位：開關(guān)S開通后，變壓器的激磁電流由零開始，隨著時(shí)間的增加而線性的增長，直到S關(guān)斷。為防止變壓器的激磁電感飽和，必須設(shè)法使激磁電流在S關(guān)斷后到下一次再開通的一段時(shí)間內(nèi)降回零，這一過程稱為變壓器的磁心復(fù)位。 iSUNNu)1 (31 PEN EC西安交通

21、大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作22 變壓器的磁心復(fù)位時(shí)間為（復(fù)位過程圖復(fù)位過程圖8-18） (8-1) 輸出電壓： 輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下： (8-2) 輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，輸出電壓Uo將高于式（8-2）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下， on31rsttNNtTtNNUUon12ioi12oUNNU PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)

22、研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作23 反激電路中的變壓器起著儲(chǔ)能元件的作用，可以看作是一對(duì)相互耦合的電感。 工作過程： S開通后，VD處于斷態(tài)，N1繞組的電流線性增長，電感儲(chǔ)能增加； S關(guān)斷后，N1繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過N2繞組和VD向輸出端釋放。S關(guān)斷后的電壓為：+UiSVDN1N2UoW1W2圖圖8-19 反激電路原理圖 SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO圖圖8-20 反激電路的理想化波形 uUNNUSio12 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力

23、電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作24v反激電路的工作模式：電流連續(xù)模式：當(dāng)S開通時(shí)，N2繞組中的電流尚未下降到零。輸出電壓關(guān)系： (8-3)電流斷續(xù)模式：S開通前，N2繞組中的電流已經(jīng)下降到零。輸出電壓高于式（8-3）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下， ，因此反激電路不應(yīng)工作于負(fù)載開路狀態(tài)。offon12iottNNUUUo PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作25

24、+S1S2VD1VD2LUiN1N2N3+udUo+C1C2W1W3W2圖圖8-21 半橋電路原理圖S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tTttttttttonUiUiiLiLOOOOOOOO圖圖8-22 半橋電路的理想化波形 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作26工作過程：工作過程：S1與S2交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui/2的交流電壓。改變開關(guān)的占空比，就可以改變二次側(cè)整流電壓ud的平均值，也就改變了輸出電壓Uo。S

25、1導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1處于通態(tài)，S2導(dǎo)通時(shí)，二極管VD2處于通態(tài)，當(dāng)兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，變壓器繞組N1中的電流為零，VD1和VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。S1或S2導(dǎo)通時(shí)電感L的電流逐漸上升，兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，電感L的電流逐漸下降。S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為Ui。 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作27 由于電容的隔直作用，半橋電路對(duì)由于兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動(dòng)平衡作用，因此不容易發(fā)生變

26、壓器的偏磁和直流磁飽和。 輸出電壓：輸出電壓： 當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)： (8-4)如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓U0將高于式（8-4）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下， 。TtNNUUon12io2i12oUNNU PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作28+N1S2S3S4VD1VD2VD4VD3LS1N2+-+-uduTUiUoW2W1圖圖8-23 全橋電路原理圖S1(S4)S2(S3)uS1(uS4)uS2(

27、uS3)iS1(iS4)iS2(iS3)iD1(iD4)iS2(iS3)tonTttttttttUiUiiLiLOOOOOOOO圖 8-24 全橋電路的理想化波形 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作29v 工作過程：工作過程： 全橋逆變電路中，互為對(duì)角的兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，同一側(cè)半橋上下兩開關(guān)交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui的交流電壓，改變占空比就可以改變輸出電壓。 當(dāng)S1與S4開通后，二極管VD1和VD4處于通態(tài)，電感L的電流逐漸

28、上升； S2與S3開通后，二極管VD2和VD3處于通態(tài)，電感L的電流也上升。 當(dāng)4個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，4個(gè)二極管都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電感電流，電感L的電流逐漸下降.S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為Ui。 如果S1、S4與S2、S3的導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱，則交流電壓uT中將含有直流分量，會(huì)在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大的直流 分量，造成磁路飽和，因此全橋電路應(yīng)注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，也可以在一次側(cè)回路串聯(lián)一個(gè)電容，以阻斷直流電流。 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC)

29、 ) )制作制作制作30輸出電壓：輸出電壓：濾波電感電流連續(xù)時(shí)： (8-5)輸出電感電流斷續(xù)時(shí)，輸出電壓Uo將高于式（8-5）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下， 。TtNNUUon12io2UNNUoi21 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作31+S1S2VD1VD2LUiN1N1N2N2Uo圖圖8-25 推挽電路原理圖 S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOO

30、OOOO圖圖8-26 推挽電路的理想化波形 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作32v 工作過程：工作過程： 推挽電路中兩個(gè)開關(guān)S1和S2交替導(dǎo)通，在繞組N1和N1兩端分別形成相位相反的交流電壓，改變占空比就可以改變輸出電壓。 S1導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1處于通態(tài)，電感L的電流逐漸上升。 S2導(dǎo)通時(shí)，二極管VD2處于通態(tài)，電感L的電流也逐漸上升。 當(dāng)兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，VD1和VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均

31、為2倍Ui。 S1和S2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于變壓器一次側(cè)繞組短路，因此應(yīng)避免兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通。 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作33 輸出電壓：輸出電壓：濾波電感L電流連續(xù)時(shí)： (8-6)輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，輸出電壓Uo將高于式（8-6）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下， 。TtNNUUon12io2UNNUoi21 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通

32、大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作34表 8-1 各種不同的間接直流變流電路的比較電路優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域正激電路較簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單變壓器單向激磁，利用率低幾百W幾kW各種中、小功率電源反激電路非常簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低幾W幾十W小功率電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備電源。全橋變壓器雙向勵(lì)磁，容易達(dá)到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W幾百kW大功率工業(yè)用電源、焊接電源、電解電源等半橋變壓器雙向勵(lì)磁，沒有變壓

33、器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W幾kW各種工業(yè)用電源，計(jì)算機(jī)電源等推挽變壓器雙向勵(lì)磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只有一個(gè)開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動(dòng)簡單有偏磁問題幾百W幾kW低輸入電壓的電源 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作35圖圖8-27 全波整流電路和全橋整流電路原理圖a）全波整流電路 b）全橋整流電路雙端電路中常用的整流電路形式為全波整流電路和全橋整流電路。 +VD1VD2L+VD1LVD3

34、VD2VD4 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作36全波整流電路的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電感L的電流只流過一個(gè)二極管，回路中只有一個(gè)二極管壓降，損耗小，而且整流電路中只需要2個(gè)二極管，元件數(shù)較少。缺點(diǎn)：二極管斷態(tài)時(shí)承受的反壓是二倍的交流電壓幅值，對(duì)器件耐壓要求較高，而且變壓器二次側(cè)繞組有中心抽頭，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。適 用 場 合 ： 輸 出 電 壓 較 低 的 情 況 下（100V）。 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力

35、電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作37全橋電路的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：二極管在斷態(tài)承受的電壓僅為交流電壓幅值，變壓器的繞組結(jié)構(gòu)較為簡單。缺點(diǎn)：電感L的電流流過兩個(gè)二極管，回路中存在兩個(gè)二極管壓降，損耗較大，而且電路中需要4個(gè)二極管，元件數(shù)較多。適用場合：高壓輸出的情況下。 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作38 同步整流電路：當(dāng)電路的輸出電壓非常低時(shí)，可以采

36、用同步整流電路，利用低電壓MOSFET具有非常小的導(dǎo)通電阻的特性降低整流電路的導(dǎo)通損耗，進(jìn)一步提高效率。圖圖8-28 同步整流電路原理圖+V1V2L PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作39如果間接直流變流電路輸入端的直流電源是由交流電網(wǎng)整流得來，所構(gòu)成的交直交直電路，通常被稱為開關(guān)電源。由于開關(guān)電源采用了工作頻率較高的交流環(huán)節(jié)，變壓器和濾波器都大大減小，體積和重量都遠(yuǎn)小于相控整流電源，此外，工作頻率的提高還有利于控制性能的提高。 PEN

37、 EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作40v本章要點(diǎn)如下： 1 間接交流變流電路可分為電壓型和電流型，掌握 他們的各種構(gòu)成方式及特點(diǎn)； 2 交直交變頻器與交流電機(jī)構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)，重點(diǎn) 理解恒壓頻比控制方法，并了解轉(zhuǎn)差頻率控制、矢 量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等其他控制方法； 3 CVCF變流電路主要用于UPS，掌握其基本構(gòu)成方 式、特點(diǎn)及主電路結(jié)構(gòu)； 4 間接直流變換電路中的能量轉(zhuǎn)換過程為直流交流 直流，交流環(huán)節(jié)含有變壓器。 PEN EC西安交通大學(xué)電

38、力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作415. 常見的間接直流變換電路可以分為單端和雙端電路兩大類。單端電路包括正激和反激兩類；雙端電路包括全橋、半橋和推挽三類。每一類電路都可能有多種不同的拓?fù)湫问交蚩刂品椒?，本章僅介紹了其中最具代表性的拓?fù)湫问胶涂刂品椒ā?. 雙端電路的整流電路可以有多種形式，本章介紹了常用的全橋和全波兩種，它們具有各自的特點(diǎn)和不同的應(yīng)用場合。 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大

39、學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作42AC（負(fù)載）AC（電源）返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作43AC負(fù)載AC電源V0R0返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作44AC負(fù)載AC電源返回返回 PEN EC西

40、安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作45AC負(fù)載AC電源返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作46AC負(fù)載AC電源返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPE

41、NEC) ) )制作制作制作47AC負(fù)載AC電源再生反饋 輸送功率功率流向IdUdUL返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作48M3整流C逆變LdVT1VT3VT5VT4VT6VT2返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作49UVWabc電源負(fù)載返回返回 PEN EC西

42、安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作50M電壓及頻率控制PWM生成驅(qū)動(dòng)給定積分器絕對(duì)值變換器轉(zhuǎn)速給定u、f 指令電機(jī)動(dòng)正、反轉(zhuǎn)uabsugtu*co返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作51蓄電池市電整流器逆變器負(fù)載返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)

43、電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作52蓄電池市電整流器逆變器負(fù)載油機(jī)S12返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作53蓄電池市電整流器逆變器負(fù)載油機(jī)1234轉(zhuǎn)換開關(guān)CVCF電源旁路電源S1S2返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( (

44、 (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作54市電整流器斬波器DCL蓄電池直流濾波器逆變器交流濾波器交流開關(guān)負(fù)載返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作55蓄電池晶閘管開關(guān)整流器市電旁路電源晶閘管開關(guān)晶閘管開關(guān)負(fù)載交流濾波器逆變器用變壓器GTO逆變器返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENEC

45、PENEC) ) )制作制作制作56變壓器整流電路濾波器直流交流交流脈動(dòng)直流直流逆變電路返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作57+UiSVD1VD2LN1N3N2VD3UoW2W1W3返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作58SuSiLiSOttttUiOOO返回返回 PEN EC西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電