电力电子技术 教学课件 作者 程显吉 第3章　直流变换电路.ppt

《电力电子技术 教学课件 作者 程显吉 第3章　直流变换电路.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第3章　直流变换电路主编3.1　直流斩波电路的工作原理3.1.1　斩波电路控制原理斩波电路直流输出电压的调整，是通过控制电力电子开关器件的通断频率和一周期内的导通时间来实现的。图3⁃1a所示为直流斩波电路示意图。当开关S闭合时，负载两端的电压uo=U;当开关S断开时，负载两端电压uo=0。通过控制S的通断频率或一周期内的通断时间，即可使负载电压uo在0～U之间变化。1.调脉冲宽度方式选定斩波开关的通断频率，调整一周期内的导通时间。图3⁃1b所示为调脉冲宽度方式控制下的输出电压波形。开关的控制周期T=ton+toff，ton为S闭合的时间，to

2、ff为S断开的时间，若定义一个周期中开关闭合的时间所占控制周期的比例Z＝ton/T为斩波电路的占空比，则调节占空比，即可实现对输出电压的控制。3.1　直流斩波电路的工作原理图3-1　直流斩波电路原理图与波形图a)直流斩波电路示意图　b)调脉冲宽度方式　c)调脉冲频率方式3.1　直流斩波电路的工作原理2.调脉冲频率方式选定一个周期内的导通时间，调整斩波开关的通断频率。图3⁃1c所示为调脉冲频率方式控制下的输出电压波形。在输出脉冲宽度一定时，周期时间越短，占空比越大，负载电压越高。3.调频调宽方式同时调整斩波开关的通断频率和一周期内的导通时间。3.

3、1　直流斩波电路的工作原理3.1.2　基本直流斩波电路常用的直流斩波电路有降压斩波电路（Buck变换器）、升压斩波电路（Boost变换器）、升降压式直流斩波电路（反极性斩波电路）、库克（Cuk）斩波电路、全桥式斩波电路等。下面分别介绍其基本电路的工作原理。分析时，假定构成斩波电路的为理想元器件，电感、电容很大，开关器件为理想开关特性，斩波电路没有电能损耗。3.1　直流斩波电路的工作原理1.降压斩波电路(Buck变换器)降压斩波电路是一种对输入电压进行降压变换的直流斩波电路。图3⁃2a所示电路图中，控制器件VT采用全控器件IGBT，也可使用GTR

4、、MOSFET等其他全控器件;为了在VT关断时给感性负载提供感应电流通路，电路中接有续流二极管VD;电感Ｌ和电容Ｃ组成二级滤波器，使输出电压稳定。稳态时，电容Ｃ越大，Ｃ两端电压越接近常数，电容器的平均电流为零，因而负载的平均电流等于电感中的平均电流。如果电感足够大，可使负载电流连续且脉动小。3.1　直流斩波电路的工作原理图3-2　降压斩波电路原理图与波形图a)电路原理图　b)波形图3.1　直流斩波电路的工作原理2.升压斩波电路(Boost变换器)图3⁃3所示是一种对输入电压进行升压变换的直流斩波电路。升压斩波电路与降压斩波电路最大的不同点是，斩

5、波开关VT与负载并联，储能电容与负载串联。为了实现升压变换，在斩波开关VT与负载之间接有二极管VD。图3-3　升压斩波电路原理图与波形图a)电路原理图　b)波形图3.1　直流斩波电路的工作原理3.升降压式斩波电路(反极性斩波电路)图3⁃4所示是一种对输入电压进行降压或升压变换的直流斩波电路。电路原理图如图所示,此电路的特点是储能电容与负载并联,续流二极管VD反向串联在储能电感与负载之间。电感和电容视为理想元件，即电感电流和电容电压及负载电压基本不变。图3-4　升降压式斩波电路原理图与波形图a)电路原理图　b)波形图3.1　直流斩波电路的工作原理

6、4.库克(Cuk)斩波电路前面的变换电路都具有直流电压变换功能，但输出与输入都会有较大的波动，尤其是电流不能连续的情况下，输出、输入端的电流是脉动的。库克斩波电路作为升降压式斩波电路的改进电路，其电路原理图及波形图如图3⁃5所示。此电路的优点是直流输入电流和负载输出电流连续，脉动成分较小。图3-5　库克斩波电路原理图与波形图a)电路原理图　b)波形图3.2　复合斩波电路3.2.1　电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路是将降压与升压斩波电路组合在一起构成的，其电路原理图如图3⁃6a所示。电路中，VT1、VD1和L构成降压斩波电路，在工作中实现电动机调

7、速功能，电能转换为机械能，即电动状态；VT2、VD2和L构成升压斩波电路，机械能转换为电能送回电源，即再生制动状态。图3-6　电流可逆斩波电路原理图与波形图a)电路原理图　b)波形图3.2　复合斩波电路3.2.2　桥式可逆斩波电路上述的电流可逆斩波电路虽然可使电动机工作于电动和再生制动的可逆状态，实现电动机在两个象限内运行，但其电压的极性是单方向的，如果需要电动机既可以正、反转又可以运行于电动和再生制动状态，实现四个象限内运行时，则可采用图3⁃7所示的桥式可逆斩波电路。实际上此电路是由两个电流可逆斩波电路组成的，可分别向电动机提供正、反向电压，

8、实现电动机在双向上的电动和再生制动。图3-7　桥式可逆斩波电路3.2　复合斩波电路3.2.3　直流斩波应用电路图3⁃8为采用门极关断晶闸管GTO的斩波