第四章：交流變換電路張老師6

第四章交流變換電路（AC—AC變換）第一節(jié)：概述1、交流調壓：輸入電壓與輸出電壓的頻率相同，但兩者的幅度不同。2、交流變換的定義：將一種交流電能變換為另一種交流電能。第二節(jié)：理想條件下單相調壓電路一、單相交流調壓電路的理想模型1、電路：xui(t)GT(t)uo(t)數學模型二、輸出電壓U0的諧波和電壓增益1、開關轉移函數G：開關轉移函數的頻率分析：將G展開為傅立葉級數由圖可知G為偶函數，所以只有余弦項。含有直流分量，頻率為的基波以及高次諧波。平均值=D…直流分量2、輸出電壓U0的表達式及頻率分析：xui(t)GT(t)uo(t)ωG(ω)DωUo(ω)DUmωc2ωc3ωcωsωc

-ωsωc

+ωsxui(t)G(t)uo(t)LPFuo1(t)交流調壓電路的數學模型

Z為復阻抗：當改變D可以改變輸出電流。輸入電流基波分量的分析小結：如果輸入和輸出均增加一個LPF，就基波而言，類似于Buck電路。1、電路四、非互補控制方式的交流調壓電路2、無電流檢測的控制方式2.1控制信號的分布T1AD1AD1BT1BD2BD2AT2BT2A等效電路為BUCK電路T1AD1AD1BT1BD2BD2AT2BT2AT1A+D1AT2B+D2BT1B+D1B純阻2.3、Z0為感性負載

U01是U0的基波分量，i01是i0的基波分量

i01與u01將產生的滯后角。在過零點附近出現

i01與u01不同相問題。感性負載3、帶有電流檢測的非互補控制方式控制方案用is和us共同決定控制信號。仍處于高電平，這樣保證正電流續(xù)流（但同，所以中無電流）仍處于高電平，這樣保證負電流有通路，不會出現共同關斷狀態(tài)斬波管T1A,T2A為開關信號但是因為斬波管T2A

處于阻斷，不會出現半長臂共同導通現象。小結：時，續(xù)流為斬波管。T2A是斬波管斬波續(xù)流斬波續(xù)流第三節(jié)三相交流調壓電路(略）三個主控開關：TA,TB,TC；同一控制信號ug

一只續(xù)流開關TN：ugN控制信號與ug互補工作原理:一AB向為例,在uab的正半周.當ug=高電平,TA/TB/ON紅線示出了電流回路當ugN=高電平,TA/TB/OFF藍線示出了電流回路第四節(jié)有半控器件

組成的直接變頻電路（略）Cycloconverter周波變換器直接變頻器(AC/AC)實際上是AC/DC變換器的DC輸出調節(jié)成按正弦緩慢變化.一般輸出頻率較低,用于低頻大功率負載第五節(jié)由全控器件組成的直接變頻電路方案2，二級變換電路DC/AC—AC/AC實現能量的雙向傳送具體電路見圖5-10電路結構:高頻逆變電路:K5~K6直接降頻電路:K1~K4方案1：三級變換電路：DC/AC—AC/DC—DC/AC具體電路，見圖4-13/p.175缺點：效率低/能量單向傳送DC/ACAC/DCDC/ACDC/ACAC/AC正半周（一）定性分析AC/AC變換電路的工作原理u1、u2分別是T1和T2的控制信號；uN是變壓器的高頻輸出信號uco是濾波器的輸入信號；uco是uN的全波整流信號在低頻輸出正半周期間，T1和T2交替導通，使得K1和K2等效為一個全波整流電路。推論1：在低頻輸出負半周期間，T3和T4交替導通，使得K1和K2等效為全波整流電路。推論2：uo為正弦波→uco、uN是SPWM波→前級DC/AC是SPWMDC/AC變換電路的工作原理：

uN0是正負相間的SPWM波高頻信號。正負相間→需要一對管子控制其極性，K5和K8。K5/ON時輸出正脈沖；K8/ON時輸出負脈沖；SPWM波→需要一對管子按SPWM的規(guī)律導通或移相方式工作控制K6和K7。本電路采用移相工作方式。極性臂斬波臂高頻DC/AC逆變器直接降頻AC（高）/AC（低）變換器(二)高頻逆變電路/圖5-11,5-10

目的;輸出

UN交變方波,寬度按正弦變化

uc是載波信號；ug調制信號控制信號的分布:

u1

是uN極性信號,頻率與載頻信號的頻率相同,控制K5,K8。當u1=1時，K5/ON;當u1=0時，K8/ON;u2

是SPWM信號，上升沿是載波信號的起始點,下降沿由uc和ug信號決定.Uc=

ugK6,K7控制UN的脈寬:受的下降沿控制/每遇一個下降沿翻轉一次工作原理:K5,K7/ON時,輸出正脈沖

K6,K8/ON時,輸出負脈沖.當調制信號ug時,u2脈沖變窄,輸出電壓的平均值降低,實現了輸出電壓的平均值跟蹤調制信號的功能.結果輸出

UN為交變方波,寬度按正弦變化極性臂控制臂四個開關的工作順序類似于移相全橋電路ZVS(三)直接降頻電路

電路結構,相敏整流電路K1和K2代替了兩個整流二極管。又稱之為周波變換電路作用：解調電路LPF的輸入電壓:uco=Ku2=KuNu2的平均值的正比于調制信號ug，則輸出電壓的平均值也正比于ug?？刂菩盘柕姆植迹褐谎芯空胫艿那闆rug1=u1，ug1與ug2互補。工作原理的定性分析：當uN

極性為時，ug1為高電平/T1D1/on,正信號順利通過。當uN

極性為時，ug2為高電平/T2D2/on,反相信號被整流。正半周1、理想條件下的分時區(qū)分析由于輸出電感的存在，使得輸出電流的基波與整流器輸出電壓的平均值的基波之間存在一個之后角。因此，在過零點附近，電壓和電流不同相，給分析帶來了一些麻煩。分為A,B,C,D四個時區(qū)分析這個電路：

C區(qū),電壓電流同相,與定性分析結果相同(1)UN0﹥0T1導通；

(2)UN0=0T1續(xù)流(3)UN0

﹤0T2導通；(4)UN0=0T2續(xù)流A區(qū)與C區(qū)類似：在這兩個時區(qū)，輸出電壓的基波uco1與輸出電流的基波ico1同相，電源向負載傳輸能量；

B區(qū),(D區(qū)類似)(1)UN0﹥0T3導通；(2)UN0=0T3續(xù)流在這兩個時區(qū)，輸出電壓的基波uco1與輸出電流的基波ico1反向，負載向電源傳輸能量。LPF作用：載波的頻率為fc，調制頻率為f，fc>>f，所以LPF可以濾除輸出電壓中的高頻成分,而使其中的低頻成分順利通過濾波器而到達輸出端。

uN<0,C區(qū)B區(qū)

uN>0,C區(qū)B區(qū)2,功率器件的切換（略)a.由于可控元件采用了硬關斷方式，變壓器漏感的儲能在開關關斷瞬間會產生較大的電壓和損耗。b.在故障工況，K1和K2同時關斷，無法釋放濾波電感的能量和變壓器漏感的儲能。3,有源緩沖電路（略）目的：過電壓遏制(1)變壓器漏感引起(2)保護性K1K2同時關斷4,電路特點(1)實現頻率變換和雙向功率傳送(2)采用了有源關斷緩沖電路(3)緩沖電路較復雜二電流源雙向型直接變頻電路一）電路的結構：由兩級電路組成。高頻逆變電路和直接降頻電路高頻逆變電路：工作在DCM狀態(tài)的準Flyback電路；輸入電壓，直流電壓源Ud；高頻變壓器有兩個副邊繞組，L2和L3，分別在低頻輸出正負半周工作；增加了一個續(xù)流二極管D5,使副邊的能量能夠傳輸到直流輸入電源等效電流源:工作在DCM狀態(tài)的Flyback電路,從高頻變壓器的副邊的電氣特性相當于一個電流源.電流源圖(b).工作在CCM狀態(tài)的波形由于變壓器的輸出電壓為一個固定方波序列；可以認為輸出端具有電壓源特性;圖(c).工作在DCM狀態(tài)的波形由于變壓器的輸出電壓為一個不固定方波序列；不能認為輸出端具有電壓源特性?？梢哉J為輸出端具有電流源特性。電流源容性負載Co：由于工作在DCM狀態(tài)的Flyback電路可以等效為一個電流源，所以需要一個容性負載。負載Zo：純阻，吸收功率直接降頻電路:IGBT管T1/T3是低頻管:按照負載所需的頻率輪流導通;在低頻輸出電壓的正半周,T1始終導通,通過L2將原邊的能量傳輸給負載;反之,T3始終導通,通過L3將原邊的能量傳輸給負載;T1/ONT3/ON電流源MOS管T4/T2是高頻管:為將負載的能量傳輸到輸入端提供通路;當T4導通時,通過L2將負載的能量傳輸給原邊;當T2導通時,通過L3將負載的能量傳輸給原邊。T2/ONT4/ON電流源二）工作原理1、基本假設：載波頻率足夠高，濾波電容足夠大，則負載上無高頻分量，只有低頻電壓，2、控制波形的分布ugo:輸出電壓的極性信號ug1:在輸出電壓正半周時，恒為高電平ug3:在輸出電壓負半周時，恒為高電平ug1ug3互補當uo1與io1異號時，能量由負載向電源傳輸，ug5恒為零/T5/off在輸出電壓的正半周，當uo1與io1異號時，ug4有輸出脈沖，T4處在間斷導通/關斷狀態(tài)，將負載的能量出反饋給電源。包括輸出電容在內的負載(Zo)上的電流3、分時區(qū)工作時區(qū)A,

uo1與io1同號，電源向負載傳出能量。T1處在恒導通狀態(tài)在T5/on期間，由于D4反偏/off，將能量存儲在變壓器原邊。在T5/off期間,D4正偏，存儲在變壓器原邊的能量順利的傳輸給負載。時區(qū)D,

Flyback的逆向工作.io1<0,uo1>0,po1<0D1/on,T5/off當T4/on,電流的回路:PD1L2T4NP負載

將能量存在L2上.由于變壓器的極性,D5/off/T5/o