交流調(diào)壓電路和直流斬波電路

1、交流調(diào)壓電路和直流斬波電路第1頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日1 交流-交流變流電路：把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路變頻電路改變頻率的電路 交交變頻 直接 交直交變頻 間接交流電力控制電路只改變電壓,電流或控制電路的通斷,而不改變頻率的電路。交流調(diào)壓電路 相位控制 (觸發(fā)角)交流調(diào)功電路 通斷控制（周期的通斷）交流調(diào)壓電路第2頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 應(yīng)用 1 燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制)。 2 異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)。（低壓大電流啟動(dòng)） 3 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。 4 供用電系統(tǒng)對(duì)無(wú)功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)（補(bǔ)償）。 5 在高壓小電流

2、或低壓大電流直流電源中， 用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。（與晶閘管的參數(shù)相關(guān)，減少管子個(gè)數(shù)、體積和成本） 5.1 交流調(diào)壓電路第3頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 5.1 交流調(diào)壓電路 基本原理 采用兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后（或采用雙向晶閘管）串聯(lián)在交流電路中，通過(guò)對(duì)晶閘管的控制就可控制交流電力。(固態(tài)開(kāi)關(guān)) 電路圖第4頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日5.1.1 單相交流調(diào)壓電路5.1.2 三相交流調(diào)壓電路 5.1 交流調(diào)壓電路第5頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt5.1.1 單相交流調(diào)壓

3、電路1) 電阻負(fù)載圖4-1 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形 輸出電壓與 的關(guān)系: 移相范圍為0 a 。 a =0時(shí)，輸出電壓為最大 。 Uo=U1, 隨 a 的增大，Uo降低， a =時(shí)， Uo =0。與 a 的關(guān)系: a =0時(shí)，功率因數(shù) =1，a 增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，降低。第6頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 若晶閘管全導(dǎo)通，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為j ，當(dāng)用晶閘管控制時(shí)，只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后。負(fù)載阻抗角： j = arctan(wL/R) a =0時(shí)刻仍定為u1過(guò)零的時(shí)刻，a 的移相范圍應(yīng)為j a 。1) 阻感

4、負(fù)載 0.6Ou1 u1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1 G1uG2OOwtwt圖4-2 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形 導(dǎo)通時(shí)利用初始條件得到： VT15.1.1 單相交流調(diào)壓電路第7頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日q 020100601401802010060/()180140a /()j = 9075604530150圖5-3 單相交流調(diào)壓電路以a為參變量的和a關(guān)系曲線利用結(jié)束條件wt = a+ 時(shí)刻，i0=0,可求得： （57）當(dāng) a = j 時(shí) = 可見(jiàn)此時(shí)j也就是讓晶閘管導(dǎo)通角度的觸發(fā)角。當(dāng) a j 時(shí) （圖5-2）以j 為參變量，利用（57

5、)可把a(bǔ) 和 的關(guān)系表示成右圖。5.1.1 單相交流調(diào)壓電路第8頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日?qǐng)D5-4 aj時(shí)阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路工作波形當(dāng)阻感負(fù)載, a j 時(shí)電路工作情況。圖5-2 阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路VT1的導(dǎo)通時(shí)間超過(guò)。觸發(fā)VT2時(shí)， io尚未過(guò)零， VT1仍導(dǎo)通， VT2不會(huì)導(dǎo)通。 io過(guò)零后，若VT2的觸發(fā)脈沖消失， VT2永遠(yuǎn)不會(huì)導(dǎo)通。（因而需要寬脈沖觸發(fā)） 若VT2的觸發(fā)脈沖繼續(xù)存在， VT2才可開(kāi)通，VT2導(dǎo)通角小于。VT2導(dǎo)通后，反向也續(xù)流，衰減過(guò)程（公式5-6也可以看出）中， VT1導(dǎo)通時(shí)間漸短， VT2的導(dǎo)通時(shí)間漸長(zhǎng)。5.1.1 單相交流

6、調(diào)壓電路第9頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日?qǐng)D5-6 單相交流調(diào)壓電路a為參變量時(shí)I VTN和a關(guān)系曲線j = 900.40.516018004012080 75 6045j = 0a /()IVTN負(fù)載電流有效值 (5-13)IVT的標(biāo)么（基準(zhǔn)電流為a =0時(shí)的有效值）值 (5-14)電流基波和各次諧波標(biāo)么值隨 a變化的曲線如圖5-6所示。5.1.1 單相交流調(diào)壓電路第10頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日3) 單相交流調(diào)壓電路的諧波分析電阻負(fù)載由于波形正負(fù)半波對(duì)稱(chēng)，所以不含直流分量和偶次諧波。 (5-17) 基波和各次諧波

7、有效值 負(fù)載電流基波和各次諧波有效值 (4-14) 圖5-7 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路基波和諧波電流含量5.1.1 單相交流調(diào)壓電路第11頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日電流諧波次數(shù)和電阻負(fù)載時(shí)相同，也只含3、5、7等次諧波。隨著次數(shù)的增加，諧波含量減少。和電阻負(fù)載時(shí)相比，阻感負(fù)載時(shí)的諧波電流含量少一些。當(dāng)a 角相同時(shí)，隨著阻抗角j 的增大，諧波含量有所減少。阻感負(fù)載5.1.1 單相交流調(diào)壓電路第12頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日4) 斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的正半周圖5-7+ 斬控式交流調(diào)壓電路5.1.1 單相交流調(diào)壓電路用V1進(jìn)

8、行斬波控制用V3給負(fù)載電流提供續(xù)流通道第13頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日用V2進(jìn)行斬波控制用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道圖5-7+ 斬控式交流調(diào)壓電路4) 斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的負(fù)半周5.1.1 單相交流調(diào)壓電路第14頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 特性圖5-7b 電阻負(fù)載斬控式交流調(diào)壓電路波形5.1.1 單相交流調(diào)壓電路電源電流的基波分量和電源電壓同相位，即位移因數(shù)為1。電源電流不含低次諧波，只含和開(kāi)關(guān)周期T有關(guān)的高次諧波。功率因數(shù)接近1。第15頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日5.1.2 三相交流調(diào)

9、壓電路根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式圖4-9 三相交流調(diào)壓電路a) 星形聯(lián)結(jié)b) 線路控制三角形聯(lián)結(jié)c) 支路控制三角形聯(lián)結(jié)d) 中點(diǎn)控制三角形聯(lián)結(jié)第16頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日三線四相 基本原理：相當(dāng)于三個(gè)單相交流調(diào)壓電路的組合，三相互相錯(cuò)開(kāi)120工作?；ê?倍次以外的諧波在三相之間流動(dòng)，不流過(guò)零線。問(wèn)題：三相中3倍次諧波同相位，全部流過(guò)零線。零線有很大3倍次諧波電流。 a =90時(shí)，零線電流甚至和各相電流的有效值接近。1) 星形聯(lián)結(jié)電路 可分為三線三相和三線四相圖4-9 三相交流調(diào)壓電路a) 星形聯(lián)結(jié)5.1.2 三相交流調(diào)壓電路第1

10、7頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日三相三線，主要分析阻負(fù)載時(shí)的情況圖4-9 三相交流調(diào)壓電路a) 星形聯(lián)結(jié)5.1.2 三相交流調(diào)壓電路任一相導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成回路。電流通路中至少有兩個(gè)晶閘管，應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)。觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控整流電路一樣，為VT1 VT6,依次相差60。相電壓過(guò)零點(diǎn)定為a 的起點(diǎn)， a角移相范圍是0 150。第18頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日?qǐng)D2-19 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a= 30 時(shí)的波形wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacub

11、cubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1第19頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日(1)0 a 60：三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替，每管導(dǎo)通180a 。但a =0時(shí)一直是三管導(dǎo)通。圖4-10 不同a角時(shí)負(fù)載相電壓波形a) a =305.1.2 三相交流調(diào)壓電路第20頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日60 a 90：兩管導(dǎo) 通，每管導(dǎo)通120。(2)圖4-10 不同a角時(shí)負(fù)載相電壓波形b) a =605.1.2 三相交流調(diào)壓電路第21頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日(3)90 a 1

12、50：兩管導(dǎo)通與無(wú)晶閘管導(dǎo)通交替，導(dǎo)通角度為3002 a。圖4-10 不同a角時(shí)負(fù)載相電壓波形 c) a =1205.1.2 三相交流調(diào)壓電路第22頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日諧波情況5.1.2 三相交流調(diào)壓電路電流諧波次數(shù)為6k1(k=1，2，3，)，和三相橋式全控整流電路交流側(cè)電流所含諧波的次數(shù)完全相同。諧波次數(shù)越低，含量越大。和單相交流調(diào)壓電路相比，沒(méi)有3倍次諧波，因三相對(duì)稱(chēng)時(shí)，它們不能流過(guò)三相三線電路。第23頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日2） 支路控制三角聯(lián)結(jié)電路 圖49三相交流調(diào)壓電路c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)5.1.2 三相交流

13、調(diào)壓電路由三個(gè)單相交流調(diào)壓電路組成，分別在不同的線電壓作用下工作。單相交流調(diào)壓電路的分析方法和結(jié)論完全適用。輸入線電流（即電源電流）為與該線相連的兩個(gè)負(fù)載相電流之和。第24頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 諧波情況c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)圖49三相交流調(diào)壓電路5.1.2 三相交流調(diào)壓電路 3倍次諧波相位和大小相同，在三角形回路中流動(dòng)，而不出現(xiàn)在線電流中。 線電流中所諧波次數(shù)為6k1(k為正整數(shù))。 在相同負(fù)載和a 角時(shí)，線電流中諧波含量少于三相三線星形電路。第25頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日典型用例晶閘管控制電抗器（Thyristor Co

14、ntrolled ReactorTCR） 配以固定電容器，就可在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，稱(chēng)為靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(Static Var CampensatorSVC），用來(lái)對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以補(bǔ)償電壓波動(dòng)或閃變。圖4-11 晶閘管控制電抗器(TCR)電路5.1.2 三相交流調(diào)壓電路a 移相范圍為90 180。控制a 角可連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)無(wú)功功率。第26頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日?qǐng)D4-11 晶閘管控制電抗器(TCR)電路a)b)c)圖4-12 TCR電路負(fù)載相電流和輸入線電流波形 a) =120 b) =135 c) =160 5

15、.1.2 三相交流調(diào)壓電路第27頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日仿真波形 仿真工具為PECS 2.05.1.2 三相交流調(diào)壓電路圖4-12 TCR電路負(fù)載相電流和輸入線電流波形 a) =120 b) =135 c) =160a）b）c）第28頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日5.2 其他交流電力控制電路 交流調(diào)功電路 交流電力電子開(kāi)關(guān)第29頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 交流調(diào)功電路（新） 交流調(diào)功電路與交流調(diào)壓電路的異同比較相同點(diǎn) 電路形式完全相同不同點(diǎn) 控制方式不同交流調(diào)壓電路在每個(gè)電源周期都對(duì)輸出電壓波形進(jìn)行控

16、制。 交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周期,再斷開(kāi)幾個(gè)周期,通過(guò)通斷周波數(shù)的比值來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。第30頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 電阻負(fù)載時(shí)的工作情況2pNpM電源周期控制周期=M倍電源周期=2p4pMO導(dǎo)通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12圖4-13 交流調(diào)功電路典型波形(M =3、N =2)圖41電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路 交流調(diào)功電路控制周期為M倍電源周期，晶閘管在前N個(gè)周期導(dǎo)通，后MN個(gè)周期關(guān)斷。負(fù)載電壓和負(fù)載電流（也即電源電流）的重復(fù)周期為M倍電源周期。第31頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 諧波情

17、況01214諧波次數(shù)相對(duì)于電源頻率的倍數(shù)圖4-14交流調(diào)功電路的電流頻譜圖(M =3、N =2)24610051234In/I0m 交流調(diào)功電路圖4-14的頻譜圖（以控制周期為基準(zhǔn)）。In為n次諧波有效值， Io為導(dǎo)通時(shí)電路電流幅值。以電源周期為基準(zhǔn)，電流中不含整數(shù)倍頻率的諧波，但含有非整數(shù)倍頻率的諧波。而且在電源頻率附近，非整數(shù)倍頻率諧波的含量較大。第32頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 交流電力電子開(kāi)關(guān)概念 把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，代替電路中的機(jī)械開(kāi)關(guān)，起接通和斷開(kāi)電路的作用。優(yōu)點(diǎn) 響應(yīng)速度快，無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可頻繁控

18、制通斷。與交流調(diào)功電路的區(qū)別并不控制電路的平均輸出功率。通常沒(méi)有明確的控制周期，只是根據(jù)需要控制電路的接通和斷開(kāi)。控制頻度通常比交流調(diào)功電路低得多。第33頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日晶閘管投切電容（Thyristor SwitchedCapacitorTSC）圖4-15 TSC基本原理圖a) 基本單元單相簡(jiǎn)圖 b) 分組投切單相簡(jiǎn)圖 交流電力電子開(kāi)關(guān)作用對(duì)無(wú)功功率控制，可提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量。性能優(yōu)于機(jī)械開(kāi)關(guān)投切的電容器。結(jié)構(gòu)和原理晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路。實(shí)際常用三相，可三角形聯(lián)結(jié)，也可星形聯(lián)結(jié)。第34頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，

19、19點(diǎn)48分，星期日晶閘管投切電容選擇晶閘管投入時(shí)刻的原則：該時(shí)刻交流電源電壓和電容器預(yù)充電電壓相等，這樣電容器電壓不會(huì)產(chǎn)生躍變，就不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。理想情況下，希望電容器預(yù)充電電壓為電源電壓峰值，這時(shí)電源電壓的變化率為零，電容投入過(guò)程不但沒(méi)有沖擊電流，電流也沒(méi)有階躍變化。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1圖4-16 TSC理想投切時(shí)刻原理說(shuō)明 交流電力電子開(kāi)關(guān)第35頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日TSC電路也可采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式 交流電力電子開(kāi)關(guān)由于二極管的作用，在電路不導(dǎo)通時(shí)uC總會(huì)維持在電源電壓峰值。成

20、本稍低，但響應(yīng)速度稍慢，投切電容器的最大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1圖4-16 TSC理想投切時(shí)刻原理說(shuō)明第36頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日前二節(jié)的要點(diǎn)如下：(1) 交流交流變流電路的分類(lèi)及其基本概念；(2) 單相交流調(diào)壓電路的電路構(gòu)成，在電阻負(fù)載和阻感負(fù)載時(shí)的工作原理和電路特性；(3) 三相交流調(diào)壓電路的基本構(gòu)成和基本工作原理；(4) 交流調(diào)功電路和交流電力電子開(kāi)關(guān)的基本概念；第37頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日5.3 直流斬波電路引言直流斬波電路（DC Cho

21、pper）將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。也稱(chēng)為直流-直流變換器（DC/DC Converter）。一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流交流直流。電路分?lèi)方法1：A型斬波器：?jiǎn)蜗笙捱\(yùn)行（電流、電壓坐標(biāo)系）B型斬波器：雙象限運(yùn)行C型斬波器：四象限運(yùn)行第38頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日5.3 直流斬波電路引言 電路分類(lèi)方法2： （更基本、廣泛）6種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、 升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。復(fù)合斬波電路不同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。多相多重?cái)夭娐废嗤Y(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。第39頁(yè)，

22、共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 基本斬波電路 降壓斬波電路 升壓斬波電路 升降壓斬波電路和Cuk斬波電路 Sepic斬波電路和Zeta斬波電路 第40頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 降壓斬波電路斬波電路三種控制方式T不變，變ton 脈沖寬度調(diào)制（PWM）。ton不變，變T 頻率調(diào)制。（有濾波難的問(wèn)題）ton和T都可調(diào)，改變占空比混合型。此種方式應(yīng)用最多第41頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 降壓斬波電路 電路結(jié)構(gòu) 全控型器件 若為晶閘管，須有輔助關(guān)斷電路。續(xù)流二極管負(fù)載出現(xiàn)的反電動(dòng)勢(shì)典型用途之一是拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可

23、帶蓄電池負(fù)載。 降壓斬波電路（Buck Chopper)第42頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 降壓斬波電路工作原理c) 電流斷續(xù)時(shí)的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)電流連續(xù)時(shí)的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa) 電路圖圖3-1 降壓斬波電路得原理圖及波形t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使

24、負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。動(dòng)畫(huà)演示。第43頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 降壓斬波電路數(shù)量關(guān)系電流連續(xù)負(fù)載電壓平均值：（3-1）（3-2）tonV通的時(shí)間 toffV斷的時(shí)間 a-導(dǎo)通占空比 電流斷續(xù)，Uo被抬高，一般不希望出現(xiàn)。 負(fù)載電流平均值：第44頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 降壓斬波電路工作過(guò)程的理論分析：第2章介紹過(guò)：電力電子電路的實(shí)質(zhì)上是分時(shí)段線性電路的思想?；凇胺侄尉€性”的思想，對(duì)降壓斬波電路進(jìn)行解析。分V處于通態(tài)和處于斷態(tài)初始條件分電流連續(xù)和斷續(xù)第45頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 降壓斬波電路

25、同樣可以從能量傳遞關(guān)系出發(fā)進(jìn)行的推導(dǎo) 由于L為無(wú)窮大，故負(fù)載電流維持為Io不變 電源只在V處于通態(tài)時(shí)提供能量，為 在整個(gè)周期T中，負(fù)載消耗的能量為輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。一周期中，忽略損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等。第46頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 降壓斬波電路 負(fù)載電流斷續(xù)的情況： I10=0，且t=tx時(shí)，i2=0式（3-7）式（3-6）（3-16）tx1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路。升壓比；升壓比的倒數(shù)記作b ，即。 b和a的關(guān)系：因此，式（3-21）可表示為 （3-23）（3-22）第50頁(yè)，共70

26、頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 升壓斬波電路電壓升高得原因：電感L儲(chǔ)能使電壓泵升的作用 電容C可將輸出電壓保持住如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量?jī)H由負(fù)載R消耗，即 ： 。 （3-24） 與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。輸出電流的平均值Io為：(3-25)電源電流的平均值Io為：(3-26)第51頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 升壓斬波電路2) 升壓斬波電路典型應(yīng)用一是用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)二是用作單相功率因數(shù)校正（PFC）電路三是用于其他交直流電源中ttTEiOOb)a)i1i2I10I20I10t

27、ontofftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20uo圖3-3 用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及其波形 a） 電路圖 b） 電流連續(xù)時(shí) c） 電流斷續(xù)時(shí)用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)再生制動(dòng)時(shí)把電能回饋給直流電源。電動(dòng)機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。直流電源的電壓基本是恒定的，不必并聯(lián)電容器。動(dòng)畫(huà)演示。第52頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 升壓斬波電路數(shù)量關(guān)系當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為i1，得下式：(3-27)當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為i2，得下式：（3-29）當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，考慮到初始條件，近似L無(wú)窮大時(shí)電樞電流的

28、平均值Io，即（3-36）該式表明，以電動(dòng)機(jī)一側(cè)為基準(zhǔn)看，可將直流電源電壓看作是被降低到了 。第53頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 升壓斬波電路如圖3-3c，當(dāng)電樞電流斷續(xù)時(shí)：當(dāng)t=0時(shí)刻i1=I10=0，令式（3-31）中I10=0即可求出I20，進(jìn)而可寫(xiě)出 i2的表達(dá)式。另外，當(dāng)t=t2時(shí)，i2=0，可求得i2持續(xù)的時(shí)間tx，即圖3-3 用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及其波形-電流斷續(xù)的條件txt0fftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20第54頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日升降壓斬波電路

29、和Cuk斬波電路 升降壓斬波電路 (buck -boost Chopper) 電路結(jié)構(gòu)第55頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日升降壓斬波電路和Cuk斬波電路基本工作原理a)otb)oti1i2tontoffILIL圖3-4 升降壓斬波電路及其波形a）電路圖 b）波形V通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為i1。同時(shí)，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。V斷時(shí)，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱(chēng)作反極性斬波電路。動(dòng)態(tài)演示。第56頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日升降壓斬波電路和Cuk斬波電路數(shù)

30、量關(guān)系穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對(duì)時(shí)間的積分為零，即（3-39）所以輸出電壓為：（3-41）V處于通態(tài)uL = EV處于斷態(tài)uL = - uo（3-40）第57頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日升降壓斬波電路和Cuk斬波電路圖3-4b中給出了電源電流i1和負(fù)載電流i2的波形，設(shè)兩者的平均值分別為I1和I2，當(dāng)電流脈動(dòng)足夠小時(shí)，有：（3-42）由上式得：（3-43） 結(jié)論當(dāng)0a 1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2a 1時(shí)為升壓，故稱(chēng)作升降壓斬波電路。也有稱(chēng)之為buck-boost 變換器。其輸出功率和輸入功率相等，可看作直流變壓器。（3-44）otb)oti1i2ton

31、toffILIL第58頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日升降壓斬波電路和Cuk斬波電路2) Cuk斬波電路V通時(shí)，EL1V回路和RL2CV回路有電流。V斷時(shí)，EL1CVD回路和RL2VD回路有電流。輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。電路相當(dāng)于開(kāi)關(guān)S在A、B兩點(diǎn)之間交替切換。圖3-5 Cuk斬波電路及其等效電路a） 電路圖 b） 等效電路第59頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日升降壓斬波電路和Cuk斬波電路同理：數(shù)量關(guān)系（3-45）V處于通態(tài)的時(shí)間ton，則電容電流和時(shí)間的乘積為I2ton。V處于斷態(tài)的時(shí)間toff，則電容電流和時(shí)間的乘積為I1 t

32、off。由此可得：（3-46）（3-46）（3-48） 優(yōu)點(diǎn)（與升降壓斬波電路相比）：輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很 小，有利于對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波。第60頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日b) Zeta斬波電路 Sepic斬波電路和Zeta斬波電路a) Sepic斬波電路圖3-6 Sepic斬波電路和Zeta斬波電路電路結(jié)構(gòu)Speic電路原理V通態(tài)，EL1V回路和C1VL2回路同時(shí)導(dǎo)電，L1和L2貯能。V斷態(tài)，EL1C1VD負(fù)載回路及L2VD負(fù)載回路同時(shí)導(dǎo)電，此階段E和L1既向負(fù)載供電，同時(shí)也向C1充電（C1貯存的能量在V處于通態(tài)時(shí)向L2

33、轉(zhuǎn)移）。輸入輸出關(guān)系：（3-49）第61頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 Sepic斬波電路和Zeta斬波電路Zeta斬波電路原理V處于通態(tài)期間，電源E經(jīng)開(kāi)關(guān)V向電感L1貯能。V關(guān)斷后，L1VDC1構(gòu)成振蕩回路， L1的能量轉(zhuǎn)移至C1，能量全部轉(zhuǎn)移至C1上之后，VD關(guān)斷，C1經(jīng)L2向負(fù)載供電。輸入輸出關(guān)系：圖3-6 Sepic斬波電路和 Zeta斬波電路（3-50）相同的輸入輸出關(guān)系。Sepic電路的電源電流和負(fù)載電流均連續(xù)，Zeta電路的輸入、輸出電流均是斷續(xù)的。兩種電路輸出電壓為正極性的。 b) Zeta斬波電路第62頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月2

34、0日，19點(diǎn)48分，星期日復(fù)合斬波電路和多相多重?cái)夭娐?電流可逆斬波電路 橋式可逆斬波電路 多相多重?cái)夭娐返?3頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 電流可逆斬波電路復(fù)合斬波電路降壓斬波電路和升壓斬波電路組合構(gòu)成 多相多重?cái)夭娐废嗤Y(jié)構(gòu)的基本斬波電路組合構(gòu)成 斬波電路用于拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，常要使電動(dòng)機(jī)既可電動(dòng)運(yùn)行，又可再生制動(dòng)。降壓斬波電路能使電動(dòng)機(jī)工作于第1象限。升壓斬波電路能使電動(dòng)機(jī)工作于第2象限。電流可逆斬波電路：降壓斬波電路與升壓斬波電路組合。此電路電動(dòng)機(jī)的電樞電流可正可負(fù)，但電壓只能是一種極性，故其可工作于第1象限和第2象限。電流可逆斬波電路第64頁(yè)，共70頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)48分，星期日 電流可