电力电子基础4...ppt

电力电子基础FundamentalPowerElectronics第四讲直流斩波电路,东南大学电气工程学院2010年,第四讲直流斩波电路,2,直流斩波电路,直流斩波电路（DCChopper）将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。也称为直流-直流变换器（DC/DCConverter）。一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流交流直流。电路种类6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。复合斩波电路不同结构基本斩波电路组合。多相多重斩波电路相同结构基本斩波电路组合。,第四讲直流斩波电路,3,DC-DC变换的基本控制方式,1.时间占空比控制为占空比，f=1/T为斩波频率,第四讲直流斩波电路,4,DC-DC变换的基本控制方式,时间占空比控制的几种实现方式：脉宽控制：T不变，改变ton调节变化，改变Uo斩波开关频率固定，易于设计输出滤波器频率控制：ton不变，改变T调节变化，改变Uo斩波开关频率不固定，难于设计输出滤波器混合控制：既改变斩波频率，又改变导通时间优点是可较大幅度改变输出电压平均值，但同样难于设计输出滤波器2.瞬时值控制（滞环控制）开关频率不固定，还可能过高,第四讲直流斩波电路,5,1.基本斩波电路,降压(BUCK)斩波电路升压(BOOST)斩波电路升降压(BUCK-BOOST)斩波电路Cuk斩波电路Sepic斩波电路Zeta斩波电路,第四讲直流斩波电路,6,降压(Buck)斩波电路,全控型器件若为晶闸管，须有辅助关断电路。,续流二极管,第四讲直流斩波电路,7,降压(Buck)斩波电路,变换器的工作模式基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析。VT处于通态和处于断态初始条件分电流连续和断续,第四讲直流斩波电路,8,降压(Buck)斩波电路,电流连续时输入输出电压关系输入输出电流关系,第四讲直流斩波电路,9,降压(Buck)斩波电路,电流临界连续时电流断续时,第四讲直流斩波电路,10,降压(Buck)斩波电路,滤波器设计：依据输出电压U0的纹波指标估算L、C的值,第四讲直流斩波电路,11,升压斩波电路,保持输出电压（滤波）,储存电能,第四讲直流斩波电路,12,升压斩波电路,工作原理假设L和C值很大。V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定iL，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。电压升高得原因：电感L储能使电压泵升的作用电容C可将输出电压保持住,第四讲直流斩波电路,13,升压斩波电路,电流连续时输入输出电压关系输入输出电流关系,第四讲直流斩波电路,14,升压斩波电路,电流断续时,第四讲直流斩波电路,15,升压斩波电路,滤波器设计：依据电流连续时输入电流iL的纹波输出电压U0的纹波指标估算L、C的值,第四讲直流斩波电路,16,升降压斩波电路,第四讲直流斩波电路,17,升降压斩波电路,基本工作原理VT通时，电源E经VT向L供电使其贮能，此时电流为i。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。VT断时，L的能量向负载释放，电流为iD。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。,+,-,第四讲直流斩波电路,18,升降压斩波电路,稳态时，一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零，即,电感电流连续时输出电压为：,V处于通态uL=E,V处于断态uL=-uo,第四讲直流斩波电路,19,升降压斩波电路,当01/2降压，当1/20VT1、VT2交替导通，VT4一直通，VT3不通,Uc0VT3、VT4交替导通，VT2一直通，VT1不通,第四讲直流斩波电路,31,（2）E0时A（），B（）只输出正的脉冲电压,UcEa时,VT1、VT4导通，VT2、VT3关断,VD2、VD3导通，仍电动,VT2、VT3导通，反接制动状态,VT1和VT4，VT2和VT3同时交替通、断,VD1、VD4续流，再生制动状态,特点：,UAB总等于-E,UAB总等于+E,第四讲直流斩波电路,33,电流可逆斩波电路,V1和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第1象限V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限,第四讲直流斩波电路,34,电流可逆斩波电路,必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路只作降压斩波器运行时，V2和VD2总处于断态只作升压斩波器运行时，则V1和VD1总处于断态第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作当降压斩波电路或升压斩波电路的电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。在一个周期内，电枢电流沿正、负两个方向流通，电流不断，所以响应很快。,第四讲直流斩波电路,35,桥式可逆斩波电路,电流可逆斩波电路：电枢电流可逆，两象限运行，但电压极性是单向的当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合，须将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，成为桥式可逆斩波电路桥式斩波电路又有双极性、单极性和受限单极性之分,第四讲直流斩波电路,36,桥式可逆斩波电路,使V4保持通时，电流可逆斩波电路向电动机提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限，即正转电动和正转再生制动状态使V2保持通时，V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工作于第3、4象限,第四讲直流斩波电路,37,桥式可逆斩波电路,1.双极性工作方式V1与V4同时通断，V2与V3同时通断V1与V2通断互补，V3与V4通断互补输出电压波形中电压有正有负，故称双极性。,第四讲直流斩波电路,38,桥式可逆斩波电路,2.单极性工作方式V1与V2不断调制，V3与V4全通或全断V1与V2通断互补，V3与V4通断互补输出电压波形中电压只有正或只有负，故称单极性。,第四讲直流斩波电路,39,桥式可逆斩波电路,3.受限单极性工作方式V1不断调制，V4全通，V3与V2全断或V2不断调制，V3全通，V1与V4全断输出电压波形中电压只有正或只有负，且轻载时电流也断续，故称受限单极性。,第四讲直流斩波电路,40,多相多重斩波电路,多相多重斩波电路是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的相数一个控制周期中电源侧的电流脉波数重数负载电流脉波数当上述电路电源公用而负载为多个独立负载时，则为多相1重斩波电路。而当电源为多个独立电源，向一个负载供电时，则为1相多重斩波电路。多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用。,第四讲直流斩波电路,41,3相3重降压斩波电路,电路结构：相当于由3个降压斩波电路单元并联而成。总输出电流为3个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的3倍，脉动频率也为3倍。总的输出电流脉动幅值变得很小。所需平波电抗器总重量大为减轻。总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比。,第四讲直流斩波电路,42,3.晶闸管斩波器,强制换流电路帮助晶闸管关断:VT2,C,VD1,VD2,L1,L2。改变VT2的触发导通时刻，也就改变了输出电压的脉宽。,第四讲直流斩波电路,43,4.斩波变阻,转子串电阻调速，调节可以实现无级调速,第四讲直流斩波