電力能源電子技術(shù)應(yīng)用技術(shù)之直流斬波電路

第五章直流斬波電路第一節(jié)直流斬波的工作原理第二節(jié)直流斬波器基本電路第三節(jié)普通晶閘管組成的直流斬波電路第四節(jié)全控型器件組成的斬波電路應(yīng)用實例

第五節(jié)多相多重斬波電路第六節(jié)間接直流變流電路第一節(jié)直流斬波的工作原理

將直流電源的恒定直流電壓，通過電力電子器件的開關(guān)作用，變換為可調(diào)直流電壓的裝置稱為直流斬波器。直流斬波器亦稱直流—直流變流器或直接直流變流裝置，它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于直流牽引變速拖動中，如由直流電網(wǎng)供電的地鐵車輛、城市無軌電車和電動汽車等；直流斬波器還廣泛應(yīng)用于可調(diào)整直流開關(guān)電源和電池供電的設(shè)備中，如通信電源、電子筆記本、計算器、遠程控制器和手提電話等。一、時間比控制方式1）脈沖寬度控制也稱定頻調(diào)寬式。此方式電力電子器件的通斷頻率（通斷周期Ｔ）一定，調(diào)節(jié)脈沖寬度τ，τ值在0～T之間變化，負載電壓在0～U之間變化。2）脈沖頻率控制也稱定寬調(diào)頻式。此方式脈沖寬度τ一定，改變電力電子器件通斷頻率?，?=1／T。?增加Ｔ減小使Ｔ＝τ時電路全導(dǎo)通，ud＝U；?下降周期Ｔ增大時，ud減小。3）脈沖混合控制。即同時改變?和τ。二、瞬時值和平均值控制1．瞬時值控制電流瞬時值與預(yù)先設(shè)定的直流電流的上限值Ｉmax和下限值Ｉmin相比較，如電流的瞬時值小于電流的下限值，控制斬波器開通，如電流的瞬時值大于電流的上限值，控制斬波器關(guān)斷。這種控制方式稱為瞬時值控制。2．平均值控制用負載電流的平均值與電流給定值相比較，用其偏差值去控制斬波器的開通和關(guān)斷稱為平均值控制。第二節(jié)直流斬波器基本電路常用的直流斬波器有：①降壓斬波器；②升壓斬波器；③升降壓斬波器；④雙象限斬波器；⑤四象限斬波器。下面分別介紹其基本電路及工作原理。一、降壓斬波器二、升壓斬波器三、雙象限斬波器（一）A型雙象限斬波器A型雙象限斬波器指輸出平均電流極性可變，但輸出電壓平均值極性始終為正，即電路工作在第一和第二象限。（二）B型雙象限斬波器B型雙象限斬波器是指輸出電壓極性可變，但輸出電流平均值始終為正，電路工作在第一和第四象限。1．工作在第一象限2．工作在第四象限電路工作有三種方式：1）兩斬波器件CHl和CH2同時導(dǎo)通，且，電機吸收能量。2）其中一個斬波器件和一個二極管同時導(dǎo)通，ud=0，id經(jīng)這二個導(dǎo)通管續(xù)流。3）兩二極管VDl和VD2同時導(dǎo)通，兩斬波器件CHl和CH2同時關(guān)斷，且U<E，電機放出能量。四、四象限斬波器四象限斬波電路。其輸出電壓幅值和極性可變。1）斬波器件CH4始終導(dǎo)通，斬波器件CH3始終關(guān)斷，這時該電路同圖等效，控制斬波器件CHl和CH2的導(dǎo)通，電路工作在第一和第二象限。2）斬波器件CH2始終導(dǎo)通，斬波器件CHl始終關(guān)斷，電路等效。輸出電壓ud的極性始終為左負右正，控制斬波器件CH3和CH4的導(dǎo)通，電路工作在第三和第四象限。一、斬波器換流電路1．電壓換流電路其換流原理是對電容C進行預(yù)充電，極性為左負右正。當開關(guān)Q閉合，晶閘管二端承受反壓關(guān)斷。注意加在晶閘管VT二端的反壓時間要大于晶閘管的關(guān)斷時間，才能使晶閘管VT可靠關(guān)斷。第三節(jié)普通晶閘管組成的直流斬波電路

2．電流換流電路其換流原理同樣是對電容Ｃ進行預(yù)充電，極性為左負右正。當開關(guān)Q閉合，換流電感L和電容Ｃ組成振蕩電路，產(chǎn)生電流ic，其方向同iＴ方向相反。當id＝ic時，iＴ＝０，晶閘管VT關(guān)斷，使二極管VD1導(dǎo)通，并使晶閘管VT承受反壓。同樣要注意加在晶閘管二端的反壓時間要大于晶閘管的關(guān)斷時間。二、TGC－I型無軌電車晶閘管斬波調(diào)速裝置電氣主電路原理圖，它主要適用于ZQ—60、DQ—14／86、ZQ—90直流牽引電動機，斬波器的工作頻率為125Hz，直流電源輸入電壓為600V。1．直流斬波器工作原理VT1為斬波器主晶閘管，VT2為斬波器輔晶閘管，Ｃ和L1組成振蕩電路，與ＶＤ1、ＶＤ2、L2組成VT1管的換流關(guān)斷電路。脈沖寬度控制直流斬波電路工作過程2．主電路中各元件的作用ＶＤ0：防止直流斬波器被加上反向電壓。ＴＰ：由霍爾元件組成的電流變換器。電阻ＲＴ和晶閘管ＶＴ3組成削磁回路，目的在于進一步提高車速。３．換流電容Ｃ和換流電感Ｌ1的確定斬波器正常工作的關(guān)鍵是靠充電的換流電容給晶閘管VT1以反壓，保證管子能關(guān)斷并恢復(fù)正向阻斷特性。三、逆導(dǎo)晶閘管與逆導(dǎo)型斬波器在前面討論的斬波器中，經(jīng)常將晶閘管與整流二極管反并聯(lián)使用，逆導(dǎo)晶閘管就是根據(jù)這一使用要求研制的新型器件，它將晶閘管和整流二極管制作在同一管芯上，其符號與等效電路。與普通晶閘管相比，逆導(dǎo)晶閘管具有正向壓降小、關(guān)斷時間短以及高溫特性好等優(yōu)點。第四節(jié)全控型器件組成的斬波電路應(yīng)用實例

GTO斬波調(diào)速系統(tǒng)主電路，能實現(xiàn)牽引、能耗和回饋制動功能，可用于城市的無軌電車。主電路的構(gòu)成主要由一只可關(guān)斷晶閘管GTO、續(xù)流二極管ＶＤ1、制動回路二極管VD2和串勵直流電動機M所組成。電路中HL是霍爾電流檢測裝置，Ｒz是能耗制動電阻，VTl是能耗制動用的快速晶閘管，CF是濾波電容，LF是濾波電感，L是勵磁繞組。下面分牽引工況、牽引－制動轉(zhuǎn)換和電制動三種情況說明其工作過程。1．牽引工況2．牽引－制動轉(zhuǎn)換3．電制動在一個電源和一個負載之間接入多個基本斬波電路而組成的電路稱為多相多重斬波電路。第五節(jié)多相多重斬波電路1）導(dǎo)通比，二個斬波器件ＣＨ1和ＣＨ2的輸出電壓在相位上相隔T／2工作，二個斬波器件的導(dǎo)通時間不會重合，這樣就會出現(xiàn)兩種運行方式。1，其中一個斬波器件CHl或CH2和兩個二極管導(dǎo)通。在方式０和方式１時，電路以2倍于單個斬波電路的頻率工作，輔出電流id為各項電流id1和id2之和，其平均值為一相的2倍，其頻率是id1和id2頻率的2倍。根據(jù)以上分析，我們知道多相多重斬波電路具有以下特點：2)導(dǎo)通比，出現(xiàn)兩個斬波器件CHl或CH2同時導(dǎo)通的方式2，而且在任一時刻，至少有一個斬波器件導(dǎo)通，不會出現(xiàn)方式０，輸入電流iCH為零的時刻也不會出現(xiàn)，各電量波形。1）輸出電流脈動率減小，有利于電機的運行。2）平波電抗器的重量和體積可明顯降低。3）濾波器的效果會增加。4）線路較單個斬波電路復(fù)雜，尤其是控制電路。5）由單個斬波器并聯(lián)構(gòu)成，總的可靠性可提高。用電力電子器件將一種直流電壓先變?yōu)榻涣麟妷?，再變?yōu)闃O性、電壓值不同的另一種直流電壓的變流電路，被稱作間接直流變流電路。第六節(jié)間接直流變流電路一、單管傳輸型變流電路

其基本線路和部分波形。這是一種當開關(guān)器件Ｖ接通時向二次線圈供能的方式，在向變壓器TR的一次線圈Nl外加輸入電壓的同時，由二次線圈N2感應(yīng)的電壓通過二極管VDl加以整流，并在Ｖ斷開時，利用電感L的儲能通過續(xù)流二極管VD2再由輸出濾波器LC加以平波供給負載。Ｖ在t1時刻導(dǎo)通，VD截止，E加在一次線圈N1上，在二次線圈N2上感應(yīng)出（N2／N1）×Ｅ電壓，這時輸出電壓Ｕ0為單管傳輸型變流電路比較簡單，適用于中小容量輸出，而且容易適應(yīng)高頻化，缺點是變壓器TR只能外加單向電壓，變壓器利用率較低，輸出濾波器容量也較大。二、推挽式變流電路這是一種適合中容量至大容量的方式，其基本電路和波形。三、半橋式和全橋式變流電路半橋式電路全橋式電路四、MOSFET整流電路由于MOSFET具有開關(guān)頻率高、驅(qū)動功率小、無二次擊穿等優(yōu)點，故在低壓便攜式電源中較多采用MOSFET作為整流器件。但有一缺點就是當變壓器TR和導(dǎo)通壓降小沒有電壓期間（死區(qū)時間），VM3和VM4都關(guān)斷了，因此在TR的一次側(cè)進行脈沖寬度控制情況下，VM3和VM4的寄生二極管的電壓降很大，并且因反向恢復(fù)時間長而使損耗增大。當VM1導(dǎo)通VM2關(guān)斷時，電路，VM3導(dǎo)通，ＴＲ2的一次電壓為ＴＲ2的一次電壓為VM3的柵極驅(qū)動電壓當VM2導(dǎo)通VM1關(guān)斷時，電路，VM4導(dǎo)通，ＴＲ1的一次電壓為ＴＲ1的一次電壓為各點電壓波形?！痘瘖y品術(shù)語》起草情況匯報中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所一、標準的立項和下達時間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標委會都要建立自己的術(shù)語標準。1ONE二、標準經(jīng)費標準研制經(jīng)費：3.8萬三、標準的立項意義術(shù)語標準有利于行業(yè)間技術(shù)交流、提高標準一致性、消除貿(mào)易誤差，作為標準體系中的基礎(chǔ)標準，術(shù)語標準在各個領(lǐng)域的標準體系中均起著重要的作用。隨著我國化妝品衛(wèi)生標準體系建設(shè)逐步加快，所涉及的術(shù)語和定義的數(shù)量也在迅速增長，在此情形下，化妝品術(shù)語標準的制定就顯得尤為重要。四、標準的制訂原則1.合法性遵守《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細則》中關(guān)于化妝品的定義。2.協(xié)調(diào)性直接引用或修改采用的方式，與相關(guān)標準中的術(shù)語和定義相協(xié)調(diào)。3.科學性對于沒有國標或定義不統(tǒng)一的術(shù)語，在定義時體現(xiàn)科學性的原則。4.實用性在標準體系中出現(xiàn)頻率較高，與行業(yè)聯(lián)系較緊密的術(shù)語優(yōu)先選用。五、標準的起草經(jīng)過

第一階段：資料搜集

搜集國內(nèi)外相關(guān)法規(guī)、標準、文獻并對國外文獻如美國21CFR進行翻譯。第二階段：2007年末形成初稿

初稿內(nèi)容包括一般術(shù)語、衛(wèi)生化學術(shù)語、毒理學術(shù)語、微生物術(shù)語、產(chǎn)品術(shù)語、人體安全和功效評價術(shù)語，常用英文成份術(shù)語等７部分。第三階段：專家統(tǒng)稿1.2007年12月第一次專家統(tǒng)稿會（修訂情況：1.在結(jié)構(gòu)上增加原料功能術(shù)語、相關(guān)國際組織和科研機構(gòu)等內(nèi)容；2.在內(nèi)容上增加一般術(shù)語、產(chǎn)品術(shù)語的種類，將化妝品行業(yè)的新產(chǎn)品類別納入本標準；3.對于毒理學、衛(wèi)生化學、微生物學術(shù)語進行修改；4.刪除與化妝品聯(lián)系不緊密、無存在必要的常用英文成分術(shù)語。2.2009年1月第二次專家統(tǒng)稿會會議意見：1.修改能引用國家標準的盡量引用國家標準；對存在歧義的個別用詞進行修改。2.刪除由于本標準中的“產(chǎn)品術(shù)語”一章和香化協(xié)會所制定的某個標準存在重復(fù)，因此刪除“產(chǎn)品術(shù)語”一章的內(nèi)容；對“原料功能術(shù)語”的內(nèi)容進行梳理，刪除了20余條內(nèi)容。3.增加專家建議增加“化妝品限用物質(zhì)”等若干項術(shù)語。第四階段：征求意見2009年2月面向全國公開征求意見。第五階段：征求意見的處理與形成送審稿。在征求意見的處理階段再次征求了相關(guān)專家的意見。六、標準的內(nèi)容依據(jù)1.《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細則》;2.《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》;3.美國21CFR；4.相關(guān)領(lǐng)域國家標準如：GB5296.3-2008消費品使用說明化妝品通用標簽，GB/T14666-2003分析化學術(shù)語等；5.國內(nèi)外化妝品的相關(guān)文獻，如《化妝品監(jiān)督管理及安全性評價》等。七、標準的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容（一）結(jié)構(gòu)：1.范圍2.一般術(shù)語3.毒理學試驗方法術(shù)語4.衛(wèi)生化學檢驗方法術(shù)語5.微生物檢驗方法術(shù)語6.人體安全性和功效性評價術(shù)語7.常用原料術(shù)語8.縮寫9.中英文索引（二）主要內(nèi)容：1).一般術(shù)語39條涉及化妝品的基本定義、化妝品生產(chǎn)和監(jiān)督管理中出現(xiàn)頻率較高的術(shù)語。2).毒理學試驗方法術(shù)語40條收錄了《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》中涉及的術(shù)語，以及在毒理學領(lǐng)域出現(xiàn)頻率較高、與化妝品毒理學試驗方法聯(lián)系較密切的術(shù)語。3).衛(wèi)生化學檢驗方法術(shù)語22條收錄了化妝品的衛(wèi)生化學檢驗方法中較常用的術(shù)語。

4).微生物檢驗方法術(shù)語6條收錄了《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》中所涉及的術(shù)語。5).人體安全性和功效性評價術(shù)語38條收錄了人體安全性和功效性評價的常用術(shù)語。6).常用原料術(shù)語55條收錄了常用原料術(shù)語，與《化妝品管理及安全性和功效性評價》保持一致，并根據(jù)企業(yè)、專家的意見進行了適當修改。7).縮寫涉及國際機構(gòu)縮寫以及化妝品毒理學、化學、人體安全性和功效評價等領(lǐng)域?qū)I(yè)術(shù)語的縮寫34條。七、征求意見處理情況2009年2月20日，《化妝品術(shù)語》在全國公開范圍內(nèi)公開征求意見，截止到2009年3月末共收到來自企業(yè)、和社會各界的意見和建議共146條，分布情況如下：征求意見來源統(tǒng)計圖二一般術(shù)語三毒理