第三章直流斬波電路與交流電力控制電路

第三章直流斬波電路與交流電力控制電路第1頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章直流斬波電路與交流電力控制電路斬波（DC-DC變換電路）:將電壓恒定的直流電能變?yōu)榉悼烧{(diào)或另一幅值的直流電能。斬波應(yīng)用：直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、直流焊機(jī)、電解電鍍電源和開關(guān)電源。AC-AC變換電路：將某種參數(shù)的交流電能變?yōu)榱硪环N參數(shù)交流電能的電路，包括電壓或電流的有效值、頻率、相位、相數(shù)等的變換。交流電力控制電路：

主要指AC-AC變換電路中的交流調(diào)壓、調(diào)功、交流電力開關(guān)等電力控制電路。第2頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1DC-DC變換電路概述1.DC-DC變換電路分類按接線方式分類：

非隔離型DC-DC變換電路隔離型DC-DC變換電路非隔離型DC-DC變換電路分類降壓（Buck）型電路升壓（Boost）型電路升降壓（Boost—Buck）型電路Cuk型電路Sepic型電路Zeta型電路第3頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.DC-DC變換電路分類隔離型DC-DC變換電路分類

正激型變換電路反激型變換電路橋式變換電路推挽型變換電路2.兩個(gè)基本原理

假定：DC-DC變換電路由理想元件構(gòu)成、輸入電源內(nèi)阻為零、輸出端接有足夠大的濾波電容。穩(wěn)態(tài)條件下電感兩端電壓在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均值為零。穩(wěn)態(tài)條件下電容電流在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均值為零。第4頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.對(duì)DC-DC變換電路的基本要求負(fù)載或輸入電壓波動(dòng)時(shí)，平均輸出電壓控制在一定的偏差范圍內(nèi)?？刂戚敵鲭妷旱姆绞剑?）定頻調(diào)寬控制方式（脈寬調(diào)制型即PWM型）定頻：保持開關(guān)工作頻率不變，即T=ton+toff恒定。調(diào)寬：改變開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton來改變占空比D，從而改變輸出直流電壓平均值。特點(diǎn)：T固定，輸出電壓頻率固定，濾波比較容易實(shí)現(xiàn)，比較常用。（2）定寬調(diào)頻控制方式（頻率調(diào)制型即PFM型）定寬：保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton不變。調(diào)頻：調(diào)節(jié)開關(guān)工作頻率T來改變占空比D，從而改變輸出直流電壓平均值。特點(diǎn)：電路輸出電壓的頻率變化，濾波器設(shè)計(jì)比較困難。（3）調(diào)頻調(diào)寬混合控制方式第5頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2非隔離型DC-DC變換電路3.2.1降壓（Buck）斬波電路平均直流輸出電壓低于直流輸入電壓的變換電路。主要用于直流穩(wěn)壓電源和直流電機(jī)調(diào)速。電路組成全控型器件（IGBT、GTO、GTR、PMOSFET）二極管LC低通濾波器工作模式電感電流連續(xù)電感電流斷續(xù)第6頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.電感電流連續(xù)工作模式

t=0時(shí)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管導(dǎo)通，在ton區(qū)間二極管VD反偏截止，電源能量加到電感、電容及負(fù)載上。電感儲(chǔ)能兩端呈現(xiàn)正向電壓uL=Ui-Uo。在該電壓作用下，電感電流線性上升。t=t1時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，電感反電勢(shì)（左負(fù)右正）使二極管VD正偏導(dǎo)通電感存儲(chǔ)的能量經(jīng)VD傳給負(fù)載，電感兩端呈現(xiàn)負(fù)電壓uL=-Uo。在該電壓的作用下電感電流線性衰減。在整個(gè)工作過程中，電容電流的平均值為零。電容電壓與負(fù)載電壓相同，有脈動(dòng)，使低通濾波器截止頻率遠(yuǎn)小于開關(guān)頻率，即，可基本消除輸出電壓的脈動(dòng)。第7頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.電感電流連續(xù)工作模式LC低通濾波器的作用：使輸出電流的諧波含量比輸入電流的諧波含量小。一般在輸入端加濾波器來減小換流器對(duì)電源的諧波干擾。二極管VD的作用：續(xù)流二極管，為釋放電感中的能量提供通道?；緮?shù)量關(guān)系

利用穩(wěn)態(tài)條件下電感兩端電壓在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)平均值為零的基本原理。在穩(wěn)態(tài)工況下，uL波形不斷重復(fù)，且在一個(gè)周期內(nèi)的積分為零，即（Ui-Uo）ton=Uo（T-ton），降壓型電路輸出電壓為：

0<D<1

，因此降壓型電路的輸出電壓不可能高于其輸入電壓，且與輸入電壓極性相同。第8頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.電感電流連續(xù)工作模式

若忽略所有元件的損耗，輸入功率等于輸出功率，即：有：在電流連續(xù)方式下，可把降壓換流器看作一直流變壓器，其等效比可通過調(diào)節(jié)占空比在0~1之間連續(xù)變化。2.電感電流斷續(xù)工作模式電感電流斷續(xù)工作方式時(shí)，電流連續(xù)的臨界條件為：第9頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2升壓（Boost）斬波電路平均直流輸出電壓高于直流輸入電壓用于直流穩(wěn)壓電源和直流電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)電路構(gòu)成1.電感電流連續(xù)工作模式t=0時(shí)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管導(dǎo)通，二極管VD反偏截止使輸入輸出隔離，輸入能量儲(chǔ)存在電感中不能輸出，電感電流線性上升，uL=Ui。t=t1時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，輸入的能量與電感儲(chǔ)存的能量一起傳給負(fù)載，電感兩端電壓uL=Ui-Uo，電感釋放能量，電感電流線性衰減。uL在一個(gè)周期內(nèi)的積分等于零，有：避免D趨于1，否則會(huì)使電路損壞第10頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.電感電流連續(xù)工作模式若忽略所有元件的損耗，輸入功率等于輸出功率，即：有：

電流連續(xù)方式下，可把升壓換流器看作一直流變壓器，其等效電壓比始終大于1?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)開關(guān)占空比來連續(xù)控制。2.電感電流斷續(xù)工作模式升壓型電路電感電流連續(xù)的臨界條件：

電感電流斷續(xù)時(shí)，總是有，且負(fù)載電流越小，Uo越高。輸出空載時(shí)，，故升壓電路不能空載，否則會(huì)產(chǎn)生很高的電壓而造成電路中元器件的損壞。第11頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.3升降壓（Buck-Boost）斬波電路1.電感電流連續(xù)工作模式t=0時(shí)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管導(dǎo)通，二極管VD反偏截止使輸入輸出隔離，輸入能量儲(chǔ)存在電感中不能輸出，電感電流線性上升，uL=Ui。t=t1時(shí)，開關(guān)管關(guān)斷，二極管導(dǎo)通，電感儲(chǔ)存的能量傳給負(fù)載，uL=Uo，電感釋放能量，電感電流線性衰減。uL在一個(gè)周期內(nèi)的積分為零:2.電感電流斷續(xù)工作模式臨界條件：第12頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.3升降壓（Buck-Boost）斬波電路升降壓型電路可以靈活地改變電壓的高低，還能改變電壓的極性。用于電池供電設(shè)備中產(chǎn)生負(fù)電源的電路和各種開關(guān)穩(wěn)壓器中。第13頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.4Cuk斬波電路1.電路結(jié)構(gòu)：可以看成是升壓型和降壓型電路級(jí)聯(lián)而成。2.工作波形：設(shè)兩個(gè)電感電流都連續(xù)，分別計(jì)算電感L和L1一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均值為：令UL=0，UL1=0，解得庫克電路輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：3.特點(diǎn)：輸入和輸出回路均有電感，輸出電壓紋波較小、從輸入電源吸取的電流紋波也較小。電路較為復(fù)雜使用不慎廣泛。第14頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.5Sepic斬波電路1.電路結(jié)構(gòu)：可以看成是升壓型和升降壓型電路前后級(jí)聯(lián)而成。2.工作波形輸入輸出電壓之間的關(guān)系為：3.特點(diǎn)：電路復(fù)雜，用于要求輸出電壓較低的單相功率因素校正電路。第15頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.6Zata斬波電路1.電路結(jié)構(gòu)：可以看成是升降壓型和降壓型電路前后級(jí)聯(lián)而成。2.工作波形輸入輸出電壓之間的關(guān)系為：3.特點(diǎn)：電路復(fù)雜，應(yīng)用范圍小。第16頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3隔離型DC-DC變換電路3.3.1正激型電路1.電路結(jié)構(gòu)及其工作波形0<t<ton時(shí)，S開關(guān)導(dǎo)通，U1=Ui，W2感應(yīng)正電壓導(dǎo)致VD1導(dǎo)通、VD2截止，W3感應(yīng)電壓與Ui疊加使VD3截止，電感兩端的電壓為uL=N2/N1.Ui-Uo。ton<t<T時(shí)，S關(guān)斷，繞組W1中的激磁電流轉(zhuǎn)移到繞組W3中，VD3導(dǎo)通，W3繞組電壓為Ui，由于同名端的關(guān)系，W3繞組的電壓具有反向去磁作用，形成磁復(fù)位，此時(shí)W2繞組感應(yīng)電壓導(dǎo)致VD1關(guān)斷，電感L續(xù)流導(dǎo)致VD2導(dǎo)通，電感兩端電壓為：uL=-Uo變壓器的勵(lì)磁電流經(jīng)繞組W3和VD3流回電源，承受的電壓為：第17頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1正激型電路2.變壓器中各物理量的變化過程開關(guān)S開通后，變壓器的勵(lì)磁電流im1由零開始，隨著時(shí)間的增加而線性地增長，直到S關(guān)斷。S關(guān)斷后到下一次再開通的一段時(shí)間內(nèi)，必須設(shè)法使勵(lì)磁電流降回到零，否則下一個(gè)開關(guān)周期中，勵(lì)磁電流將在本周期結(jié)束時(shí)的剩余值基礎(chǔ)上繼續(xù)增加，并在以后的開關(guān)周期中依次累積起來，變得越來越大，從而導(dǎo)致變壓器的勵(lì)磁電感飽和。勵(lì)磁電感飽和后，勵(lì)磁電流會(huì)更加迅速增長，最終損壞電路中的開關(guān)器件。變壓器的磁芯復(fù)位：S關(guān)斷后，使勵(lì)磁回零的過程。

在正激型電路中，變壓器的繞組W3和二極管VD3組成復(fù)位電路。第18頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1正激型電路磁芯復(fù)位工作原理：

S關(guān)斷后，變壓器勵(lì)磁電流通過繞組W3和二極管VD3流回電源，并逐漸線性地下降為零，從S關(guān)斷到繞組W3的電流下降到零所需的時(shí)間trst。S關(guān)斷的時(shí)間必須大于trst，以保證S下次開通前勵(lì)磁電流能夠?qū)榱悖棺儔浩鞯拇判究煽繌?fù)位，則：

在輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下，即S開通時(shí)，電感L的電流不為零，輸出電壓與輸入電壓的比為：第19頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1正激型電路正激型電路的電壓比：可以看成是將輸入電壓按電壓比折算到變壓器二次側(cè)后根據(jù)降壓型電路得到的。正激型電路特點(diǎn)：電路簡單可靠，廣泛用于功率因素為數(shù)百瓦至數(shù)千瓦的開關(guān)電源中。但該電路變壓器的工作點(diǎn)僅處于磁化曲線平面的第I象限，沒有得到充分的利用，同樣的功率，其變壓器體積、重量和損耗都大于全橋型、半橋型和推挽型電路。第20頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.2反激型電路1.電路結(jié)構(gòu)（1）電流連續(xù)工作模式：變壓器是儲(chǔ)能元件，看作相互耦合的電感。S導(dǎo)通時(shí)，W2感應(yīng)電勢(shì)導(dǎo)致VD截止，W1儲(chǔ)能，其兩端電壓為Ui，電流線性增長。副邊感應(yīng)電壓為N2/N1.Ui。S關(guān)斷時(shí)，繞組W1中的激磁電流轉(zhuǎn)移到繞組W2中，VD導(dǎo)通，電感W1轉(zhuǎn)移能量到副邊繞組W2中，，副邊電感電壓為-Uo，輸出、輸入電壓比：第21頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.2反激型電路（2）電流斷續(xù)工作模式：電流連續(xù)臨界條件為：

L為從變壓器二次側(cè)測(cè)得的電感量

電壓比為：

，

反激型電路變壓器的繞組W1和W2在工作中不會(huì)同時(shí)有電流流過，不存在磁動(dòng)勢(shì)相互抵消的可能，因此，變壓器磁芯的磁通密度取決于繞組中電流的大小。第22頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.2反激型電路反激型電路電流連續(xù)和斷續(xù)時(shí)變壓器磁通密度與繞組電流的關(guān)系圖在最大磁通密度相同的條件下，連續(xù)工作時(shí)，磁通密度的變化范圍ΔB小于斷續(xù)方式，ΔB正比于一次繞組每匝承受的電壓乘以開關(guān)處于通態(tài)的時(shí)間ton，在電路的輸入電壓和ton相同的條件下，較大的ΔB意味著變壓器需要較少的匝數(shù)，或較小尺寸的磁芯。從這個(gè)角度來說，反激型電路工作于電流斷續(xù)模式時(shí)，變壓器磁芯的的利用率較高、較合理。特點(diǎn)：電路簡單，元器件數(shù)少，成本低，廣泛用于數(shù)瓦至數(shù)十瓦小功率開關(guān)電源中，例如家電、計(jì)算機(jī)設(shè)備、工業(yè)設(shè)備。第23頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.3半橋型電路（1）電流連續(xù)工作模式變壓器一次側(cè)兩端分別連接在電容C1、C2的連接點(diǎn)和開關(guān)S1、S2的連接點(diǎn)。電容C1、C2的電壓分別為Ui/2，S1和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，就可改變二次整流電壓ud的平均值，也就改變樂輸出電壓Uo，S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為Ui。由于電容的隔直作用，半橋型電路對(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電壓的直流分量有自動(dòng)平衡的作用，因此該電路不容易發(fā)生變壓器偏磁和直流飽和的問題。為了避免上下兩個(gè)開關(guān)在換相過程中發(fā)生短暫的同時(shí)導(dǎo)通而造成短路損壞開關(guān)，每個(gè)開關(guān)各自的占空比不能超過50%，并留有裕量。在半橋型電路中，占空比定義為：

第24頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.3半橋型電路輸出輸入電壓比為：第25頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.4全橋型電路1.電路結(jié)構(gòu)：4個(gè)開關(guān)，互為對(duì)角的兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，同一側(cè)半橋上下兩個(gè)開關(guān)交替導(dǎo)通，將直流逆變?yōu)榉禐閁i的交流電，加在變壓器一次側(cè)，改變開關(guān)的占空比，就可改變整流電壓的平均值，也就改變了輸出電壓Uo。每個(gè)開關(guān)斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為Ui。若開關(guān)導(dǎo)通的時(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)電流中產(chǎn)生很大的直流分量，并可能造成磁路飽和，故全橋型電路應(yīng)注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，可以在一次回路中串聯(lián)一個(gè)電容來阻斷直流電流。電流連續(xù)時(shí)輸入輸出電壓比為：第26頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.4全橋型電路所有的隔離型開關(guān)電路中，采用相同電壓和電流容量的開關(guān)器件時(shí)，全橋型電路可達(dá)最大的功率，因此該電路常用于數(shù)百瓦至數(shù)十千瓦的各種開關(guān)電源中。第27頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.5推挽型電路電路結(jié)構(gòu)：兩個(gè)開關(guān)交替導(dǎo)通，在繞組W1和W2兩端分別形成相位相反的交流電壓。第28頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4交流電力控制器交流電力控制器：交流調(diào)壓器、交流調(diào)功器和交流無觸點(diǎn)開關(guān)的統(tǒng)稱。交流調(diào)壓器：每半個(gè)周波控制晶閘管開通相位，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。交流調(diào)功器：以交流電周期為單位控制晶閘管通斷，改變通斷周期數(shù)的比，調(diào)節(jié)輸出功率的平均值。交流無觸點(diǎn)開關(guān)：并不著意調(diào)節(jié)輸出平均功率，而只是根據(jù)需要接通或斷開電路。第29頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4交流電力控制器控制方式

相位控制：它是使晶閘管在電源電壓每一周期中、在選定的時(shí)刻將負(fù)載與電源接通，改變選定的時(shí)刻可達(dá)到調(diào)壓的目的。交流調(diào)壓電路采用這種控制方式

過零點(diǎn)通斷控制（通斷控制）：即把晶閘管作為開關(guān)，通過改變通斷時(shí)間比值達(dá)到調(diào)壓的目的。這種控制方式電路簡單，功率因數(shù)高，適用于有較大時(shí)間常數(shù)的負(fù)載；缺點(diǎn)是輸出電壓或功率調(diào)節(jié)不平滑。交流調(diào)功電路和交流無觸點(diǎn)開關(guān)電路采用這種控制方式。

通斷周期控制（周波控制）第30頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4交流電力控制器應(yīng)用交流電壓的調(diào)節(jié)有功及無功功率的調(diào)節(jié)負(fù)載短路時(shí)的電流遮斷控制電路溫控?zé)艄庹{(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)和調(diào)速。第31頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4交流電力控制器常見的基本電路一對(duì)晶閘管反并聯(lián)或一個(gè)雙向晶閘管與負(fù)載串聯(lián)，然后接到交流電源上。通過對(duì)晶閘管的控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的交流電壓和功率的控制。第32頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.1交流調(diào)壓電路1.單相交流調(diào)壓器：（1）電阻負(fù)載工作原理：在u1的正（負(fù)）半周，控制角為a（

+a）時(shí)，VT1（VT2）導(dǎo)通，交流正（負(fù)）電壓的一部分加在負(fù)載R上。交流電壓由正（負(fù)）過零變負(fù)（正）時(shí)，回路電流下降到零，VT1（VT2）自然關(guān)斷，R上電流電壓為零。改變a角的大小，就改變負(fù)載上的電壓波形，即改變負(fù)載電壓的有效值，達(dá)到調(diào)壓的目的第33頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.單相交流調(diào)壓器負(fù)載電壓的有效值為：負(fù)載電流的有效值為：交流調(diào)壓器的功率因素：輸出電壓為有缺口的正弦波，含有高次諧波第34頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.單相交流調(diào)壓器輸出電壓與a的關(guān)系:

移相范圍為0≤a≤π。a=0時(shí)，輸出電壓為最大，Uo=U1。隨a的增大，Uo降低，a=π時(shí)，Uo=0。λ與a的關(guān)系：-a=0時(shí)，功率因數(shù)λ=1，a增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，λ降低第35頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.單相交流調(diào)壓器（2）阻感負(fù)載阻感負(fù)載時(shí)a的移相范圍負(fù)載阻抗角：j=arctan(wL/R)晶閘管短接，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在用晶閘管控制時(shí)，只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后，而無法使其超前

a=0時(shí)刻仍定為u1過零的時(shí)刻，a的移相范圍應(yīng)為j≤a≤π第36頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.單相交流調(diào)壓器阻感負(fù)載時(shí)的工作過程分析 在ωt=a時(shí)刻開通VT1，負(fù)載電流滿足

解方程得：

式中 ，θ為晶閘管導(dǎo)通角。輸出電流中含有兩個(gè)分量，即正弦穩(wěn)態(tài)分量iB與按指數(shù)規(guī)律衰減的自由分量iS，其值分別為：VT2導(dǎo)通時(shí)，上述關(guān)系完同，只是io極性相反，相位差180°第37頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.單相交流調(diào)壓器1）時(shí)，隨著電源電壓下降過零進(jìn)入負(fù)半周，電路中的電感儲(chǔ)藏的能量釋放完畢，電流降為零。利用邊界條件ωt=a+θ時(shí)io=0，可求得θ：

取不同的，代入上式，可求得的關(guān)系曲線，如圖所示。此時(shí)負(fù)載電壓波形斷續(xù)，但交流電壓可調(diào)，負(fù)載電壓有效值為：第38頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.單相交流調(diào)壓器晶閘管電流有效值為：2）時(shí)，自由分量，導(dǎo)通角，正負(fù)半周電流處于臨界狀態(tài)，相當(dāng)于晶閘管失去控制作用，電路失去調(diào)壓作用。第39頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月1.單相交流調(diào)壓器3）時(shí)，輸出電流波形如圖所示，雖然在剛開始觸發(fā)晶閘管的幾個(gè)周期內(nèi)，兩只晶閘管的電流波形是不對(duì)稱的，但當(dāng)負(fù)載中的自由分量衰減后，負(fù)載電流即能得到完全對(duì)稱連續(xù)的波形，電流滯后電壓角度為。第40頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月單相交流調(diào)壓歸納：電阻性負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形與單相橋式可控整流交流側(cè)電流波形一致，改變控制角α可改變負(fù)載電壓有效值。移相范圍為0~180°。

帶電感性負(fù)載時(shí)：a<j時(shí)的工作情況VT1提前通，L被過充電，放電時(shí)間延長，VT1的導(dǎo)通角超過π觸發(fā)VT2時(shí)，io尚未過零，VT1仍導(dǎo)通，VT2不通io過零后，VT2開通，VT2導(dǎo)通角小于πio表達(dá)式仍適用，只是a≤ωt<∞

io由兩個(gè)分量組成：正弦穩(wěn)態(tài)分量、指數(shù)衰減分量衰減過程中，VT1導(dǎo)通時(shí)間漸短，VT2的導(dǎo)通時(shí)間漸長穩(wěn)態(tài)的工作情況和a=j時(shí)完全相同。移相范圍為j~180°第41頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2三相交流調(diào)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 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42頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2三相交流調(diào)壓電路1）星形聯(lián)結(jié)電路 可分為三相三線和三相四線兩種情況三相四線基本原理：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120°工作?；ê?倍次以外的諧波在三相之間流動(dòng)，不流過零線問題：三相中3倍次諧波同相位，全部流過零線。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第43頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2三相交流調(diào)壓電路三相三線，電阻負(fù)載時(shí)的情況任一相導(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，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°相電壓過零點(diǎn)定為a的起點(diǎn)，a角移相范圍是0°~150°兩相間導(dǎo)通時(shí)是靠線電壓導(dǎo)通的，線電壓超前相電壓30°第44頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月①a=0°時(shí)，任意時(shí)刻三相各有一只晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載上得到全壓。第45頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月②控制角α=30o各相電壓過零30o后觸發(fā)相應(yīng)晶閘管。以U相為例，uU過零變正30o后發(fā)出VT1的觸發(fā)脈沖ug1，uU過零變負(fù)30o后發(fā)出VT4的觸發(fā)脈沖ug2。歸納α=30o時(shí)的導(dǎo)通特點(diǎn)如下：每管持續(xù)導(dǎo)通150o；有的區(qū)間由兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通構(gòu)成兩相流通回路，也有的區(qū)間三個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通構(gòu)成三相流通回路。

第46頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

三相全波星形無中線調(diào)壓電路α=30o時(shí)的波形

第47頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月③控制角α=60oα=60o情況下的具體分析與α=30o相似。這里給出α=60o時(shí)的脈沖分配圖、導(dǎo)通區(qū)間和U相負(fù)載電壓波形如圖3-11所示。歸納α=60o時(shí)的導(dǎo)通特點(diǎn)如下：每個(gè)晶閘管導(dǎo)通120o；每個(gè)區(qū)間由兩個(gè)晶閘管構(gòu)成回路。

第48頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月三相全波星形無中線調(diào)壓電路α=60o時(shí)的波形

第49頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月

④三相全波星形無中線調(diào)壓電路α=120o時(shí)的波形

第50頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2三相交流調(diào)壓電路（1）a=0°時(shí)，任意時(shí)刻三相各有一只晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載上得到全壓。（2）0°<a<60°：三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替，每管導(dǎo)通180°－a。（3）60°≤a<90°：兩管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通120°（4）90°≤a<150°：兩管導(dǎo)通與無晶閘管導(dǎo)通交替，導(dǎo)通角度為300°－2aa)a=30°b)a=60°c)a=120°第51頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月2三相交流調(diào)壓電路有以上分析可知：三相三線交流調(diào)壓器帶電阻性負(fù)載時(shí)a角的移相范圍是0°~150°。交流調(diào)壓所得到的負(fù)載電壓和電流波形都不是正弦波，且隨著a角的增大，負(fù)載電壓相應(yīng)變小，負(fù)載電流開始出現(xiàn)斷續(xù)。第52頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.2交流調(diào)功電路與交流調(diào)壓電路的異同電路形式完全相同控制方式不同：通過調(diào)節(jié)晶閘管在設(shè)定周期內(nèi)的周波通斷比來調(diào)節(jié)負(fù)載兩端的交流電壓或功率，即將負(fù)載與電源接通幾個(gè)周波，再斷開幾個(gè)周波，改變通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。應(yīng)用常用于電爐的溫度控制因其直接調(diào)節(jié)對(duì)象是電路的平均輸出功率，所以稱為交流調(diào)功電路第53頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.2交流調(diào)功電路控制對(duì)象時(shí)間常數(shù)很大，以周波數(shù)為單位控制即可通常晶閘管導(dǎo)通時(shí)刻為電源電壓過零的時(shí)刻，負(fù)載電壓電流都是正弦波，不對(duì)電網(wǎng)電壓電流造成通常意義的諧波污染電阻負(fù)載時(shí)的工作情況控制周期為M倍電源周期，晶閘管在前N個(gè)周期導(dǎo)通，后M－N個(gè)周期關(guān)斷第54頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.2交流調(diào)功電路當(dāng)M=3、N=2時(shí)的電路波形：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TC為設(shè)定的控制周期，它是工頻周期的M倍，N為控制周期導(dǎo)通周波數(shù)，則調(diào)功器的輸出電壓有效值和輸出功率分別為：式中：Pmax、Ui分別為在設(shè)定周期TC內(nèi)全部周波導(dǎo)通時(shí)，裝置輸出功率和電壓有效值，因此，改變導(dǎo)通周波數(shù)N即可改變輸出電壓和功率。第55頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.3交流無觸點(diǎn)開關(guān)構(gòu)成：反并聯(lián)晶閘管或雙向晶閘管與交流負(fù)載串聯(lián)。作用：代替機(jī)械開關(guān)，根據(jù)負(fù)載需要使電路接通和斷開優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)快、無火花、無噪聲、壽命長、可頻繁控制通斷與交流調(diào)功電路的區(qū)別：電路形式類似，控制方式和控制目的不同交流調(diào)功電路是控制電路的接通和斷開，以控制電路的平均輸出功率為目的，控制方式是改變晶閘管開關(guān)的導(dǎo)通周期數(shù)和控制周期的比值交流電力電子開關(guān)是根據(jù)負(fù)載需要控制電路的接通和斷開，是負(fù)載實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能或目的，沒有明確的控制周期，控制頻度通常比交流調(diào)功電路低得多第56頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.3交流無觸點(diǎn)開關(guān)在公用電網(wǎng)中，交流電力電容器的投入與切斷是控制無功功率的重要手段對(duì)無功功率的控制，可以提高功率因數(shù)、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量晶閘管投切電容器（TSC）與機(jī)械開關(guān)投切電容器方式相比，是一種性能優(yōu)良的無功補(bǔ)償方式應(yīng)用：各種電加熱負(fù)載（干燥箱、加熱爐）、易燃易爆（煤礦井下和制氫車間）等有危險(xiǎn)的場(chǎng)合第57頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月本章小結(jié)：主要內(nèi)容：DC-DC變換電路非隔離型DC-DC變換電路隔離型DC-DC變換電路交流電力控制器基本要求：

了解直流斬波器的工作原理及控制方式理解和掌握直流斬波器的基本電路、波形分析及電路參數(shù)計(jì)算了解直流傳動(dòng)是斬波應(yīng)用的傳統(tǒng)領(lǐng)域，開關(guān)電源是應(yīng)用的新領(lǐng)域掌握交流調(diào)壓的基本類型、用途和電路分析單、三相交流調(diào)壓電路，理解和掌握其原理與基本性能了解交流調(diào)功電路和交流無觸點(diǎn)開關(guān)的原理和用途第58頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月本章小結(jié)：改變反并聯(lián)晶閘管的控制角，就可方便地實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。當(dāng)帶電感性負(fù)載時(shí)，必須防止由于控制角小于阻抗角造成的輸出交流電壓中出現(xiàn)直流分量的情況。過零觸發(fā)是在電壓零點(diǎn)附近觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通，改變晶閘管的通斷比，以實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓或調(diào)功。過零觸發(fā)克服了移相觸發(fā)有諧波干擾的不足第59頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月例題1：降壓型斬波電路和升壓型斬波電路的電容、電感、二極管各起什么作用？第60頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月例題1：降壓型斬波電路和升壓型斬波電路的電容、電感、二極管各起什么作用？降壓斬波電路中，電感和電容的作用主要是濾波，同時(shí)電感的儲(chǔ)能將保持負(fù)載電流的連續(xù)，電容可穩(wěn)定輸出電壓。二極管為開關(guān)關(guān)斷時(shí)的負(fù)載電流續(xù)流二極管。升壓型斬波電路中，電感為開關(guān)開通時(shí)的儲(chǔ)能元件，電容為開關(guān)關(guān)斷時(shí)的儲(chǔ)能元件，。二極管為開關(guān)開通和關(guān)斷兩種模式轉(zhuǎn)換過程中的隔離開關(guān)元件，開關(guān)開通時(shí)二極管關(guān)斷，開關(guān)斷開時(shí)二極管開通。第61頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月例題2：在降壓斬波電路中，E=100V，L=1mH，R=0.5歐，EM=10V，采用脈寬制控制方式，T=20us，當(dāng)t=5us時(shí)，計(jì)算輸出電壓平均值Uo，輸出電流平均值Io，計(jì)算輸出電流的最大和最小瞬間值并判斷負(fù)載電流是否連續(xù)。解：第62頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月解：第63頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月例題3：p91頁第4題第64頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月5題：升壓斬波電路為什么能使輸出電壓高于電源電壓？答升壓斬波電路的工作原理。第65頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月6題：電路中的電感很大，保證了電感上的電流基本恒定。電路中的電容很大，基本保持輸出電壓為恒值。第66頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年