主电路拓扑结构

1、主电路的拓扑结构与控制方式主电路的拓扑结构与控制方式基本构成：基本构成：四类基本电路四类基本电路 AC/DC整流整流 DC/DC斩波斩波 DC/AC逆变逆变AC/AC周波变换，交流调压或调功控制周波变换，交流调压或调功控制DC/DC：基本直流变换电路：基本直流变换电路：1）Buck（降压（降压）：）： Vo DVd这这里里D ton / Ts2）Boost（升压）（升压）：Vo Vd /(1 D)3）BuckBoost:4）Cuk：VoDVd1 DVoDVd1 D5）全桥变换器）全桥变换器四象限工作四象限工作6）各各种种 DC-DCDC-DC 变换器的比较变换器的比较功率传输功率传输Buck,

2、Buck, Boost,Boost, Buck-Boost,Buck-Boost, CkCk 变换器中功率的传递方向只能为单向传输变换器中功率的传递方向只能为单向传输 全桥变换器功率输出电压和电流均正可负，可以双向传输功率全桥变换器功率输出电压和电流均正可负，可以双向传输功率器件的利用率器件的利用率对对非非隔隔离离的的 DC-DCDC-DC 变变换换器器, , 从从 提高器件的利用率来考虑应采提高器件的利用率来考虑应采 用简单用简单的的 BuckBuck 或或 BoostBoost 电电 路路， 有利于降低成本和提高效率有利于降低成本和提高效率带隔离的变换器带隔离的变换器要求输出与输入隔离或输

3、出与输入电压之比远小于或远大于要求输出与输入隔离或输出与输入电压之比远小于或远大于1要求有多个输出：要求有多个输出：1） 正激变换器（正激变换器（Buck电路演变而来）电路演变而来）VoVd DVoVdN1 N2 D考虑变压器磁通复位的实际电路：考虑变压器磁通复位的实际电路：BB SB ROH2） 反激变换器（反激变换器（BuckBoost电路演变而来）电路演变而来）Vo N2DVdN1 1 DVoDVd1 D3） 半桥变换器半桥变换器4） 全桥变换器全桥变换器VoVdN1 N2 DVoVdN1 2 N2 D5） 推挽变换器推挽变换器VoVdN1 2 N2 DDC/AC：PWM单相（三相）逆变

4、器，方波逆变器单相（三相）逆变器，方波逆变器1） 半桥逆变电路半桥逆变电路2） 全桥逆变电路全桥逆变电路3） 三相逆变电路三相逆变电路控制方式：控制方式：SPWM： 幅值调制比幅值调制比tri control amV V频率调制比频率调制比1fmffsm 1a时时2 2aa基波基波：Vo1 k (ma )Vdma /22 0.354mak(ma ) ma 2 0.707ma 3 m 0.612m方波控制：方波控制：ak (m ) 2 / 0.452 2 / 0.96 / 0.7797半桥逆变电路半桥逆变电路全桥逆变电路全桥逆变电路三相逆变电路三相逆变电路半桥逆变电路半桥逆变电路全桥逆变电路全桥

5、逆变电路三相逆变电路三相逆变电路在输入输出需要隔离在输入输出需要隔离， 或输出电压与输入电压相差很大时需要插入或输出电压与输入电压相差很大时需要插入 变压器：变压器：单级逆变器单级逆变器内高频环逆变器内高频环逆变器： 采用内高频环节可以在内高频环节采用较高的采用内高频环节可以在内高频环节采用较高的工工 作频率，从而减小变压器和滤波电感、电容的体积作频率，从而减小变压器和滤波电感、电容的体积AC/DC： 1）单）单相或三相全桥相或三相全桥2）带）带PFC的高频整流电路的高频整流电路 功率因数：功率因数：11ss1s1sssSV IIV I cosIPF Pav coss取决于：位移因取决于：位移

6、因数数cos1Is1s和谐波含和谐波含量量 I二极管整流电路：二极管整流电路： 位移位移因因数数cos1 接近接近1，但输入电流中谐波分量很大但输入电流中谐波分量很大Is1I较小较小晶闸管相控整流：晶闸管相控整流：除输入电流谐波较大外，除输入电流谐波较大外， 位移因位移因数数cos1 cos加入加入 Boost 电路后，电源电路后，电源 us 不不管处于任何相位，只要开关导管处于任何相位，只要开关导 通，交流电源就有电流流过在通，交流电源就有电流流过在 电电感感 Ld 上进行储能上进行储能，开关关断开关关断 后电后电源源us 和电和电感感Ld 中储存的能中储存的能 量一起通过二极管向滤波电容量

7、一起通过二极管向滤波电容 充电和负载提供负载电流。只充电和负载提供负载电流。只 要控制好开关，可以使电源电要控制好开关，可以使电源电 流流 is 为正弦且与电源电为正弦且与电源电压压 us 同同 相位，基本达到单位功率因数相位，基本达到单位功率因数 的水平。的水平。3） PWM整流电路整流电路采用采用SPWM控制，使交流输出端控制，使交流输出端 形成一个形成一个与与us频率相同频率相同的的SPWM 波波uAB，其相位决定，其相位决定了了is的相位，的相位， 也决定了该电路的工作象限和应也决定了该电路的工作象限和应 用情况。用情况。PWM整流电路其交、直流侧电压，网侧电流和功率因数均可控，整流电

8、路其交、直流侧电压，网侧电流和功率因数均可控， 因此其应用范围极为广阔，该技术可用于高功率因数整流器、静止因此其应用范围极为广阔，该技术可用于高功率因数整流器、静止 无功补偿器（无功补偿器（SVC）、有源电力滤波器（）、有源电力滤波器（APF）等领域。）等领域。ULURa)整流运行UAIsU sb)逆变运行UsURUAI sULc)无功补偿运行U sU RUAIsU LAC/AC：功率控制器，电压控制器，周波变换器：功率控制器，电压控制器，周波变换器 间接间接AC/AC变流电变流电路路：ACDCAC结构结构主主要应用：要应用：VVVF交流变频调速器交流变频调速器交流调速传动系统：交流电动机结构

9、简单，可靠性高维护成本低；交流调速传动系统：交流电动机结构简单，可靠性高维护成本低； 控制精度高控制精度高， 响应快速响应快速。 采用变频调速方式时采用变频调速方式时， 无论电机转速高低，无论电机转速高低， 转差功率的消耗基本不变，系统效率是各种交流调速方式中最高转差功率的消耗基本不变，系统效率是各种交流调速方式中最高 的，具有显著的节能效果，是交流调速传动应用最多的一种方式。的，具有显著的节能效果，是交流调速传动应用最多的一种方式。CVCFUPS市电正常时市电正常时，由市电供电由市电供电，市电经整流器整流为直流市电经整流器整流为直流，再逆变为再逆变为50Hz 恒频恒压的交流电向负载供电恒频恒

10、压的交流电向负载供电。同时同时，整流器输出给蓄电池充电整流器输出给蓄电池充电，保证蓄保证蓄 电池的电量充足电池的电量充足。此时负载可得到的高质量的交流电压此时负载可得到的高质量的交流电压，具有稳具有稳压压、稳频稳频 性能性能，也称为稳压稳频电源也称为稳压稳频电源。市电异常乃至停电时市电异常乃至停电时，蓄电池的蓄电池的直流电经逆直流电经逆 变器变换为恒频恒压交流电继续向负载供电变器变换为恒频恒压交流电继续向负载供电，供电时间取决供电时间取决于蓄电池容量于蓄电池容量 的大小。的大小。ACDCAC主电路拓扑结构：主电路拓扑结构： 根据电路工作象限的要求进行选择根据电路工作象限的要求进行选择1不具有电

11、能反馈能力，如果不具有电能反馈能力，如果 负载负载为电动机会有电能反馈到为电动机会有电能反馈到 中间电中间电容，使电容电压升高。容，使电容电压升高。2电阻耗能电路，当电容电压升电阻耗能电路，当电容电压升 到到一定值，使一定值，使Vo导通，将反馈能导通，将反馈能 量量消耗在消耗在Ro上上3整流和逆变均为整流和逆变均为PWM控制的电控制的电 压型间接交流变流电路。能量可压型间接交流变流电路。能量可 双向流动。输入输出电流均为正双向流动。输入输出电流均为正 弦波，输入功率因数高，且可实弦波，输入功率因数高，且可实 现电动机四象限运行。现电动机四象限运行。系统控制方式：系统控制方式：逆变电路的方波控制

12、：自身无调压功能，须借助于直流电压调整逆变电路的方波控制：自身无调压功能，须借助于直流电压调整或或 移相控制方式进行输出电压控制移相控制方式进行输出电压控制逆变与直流变换器的逆变与直流变换器的PWM控制：目前应用最多的控制方式，其兼控制：目前应用最多的控制方式，其兼具具输出电压和频率控制的功能，控制的灵敏性得到提高，同时在输输出电压和频率控制的功能，控制的灵敏性得到提高，同时在输出出 电压的频谱特性也大幅提高电压的频谱特性也大幅提高可控整流电路的相位控制方式：技术成熟、价格低廉且可靠性高，可控整流电路的相位控制方式：技术成熟、价格低廉且可靠性高， 但其网侧功率因数低，谐波含量高，对电网污染较大但其网侧功率因数低，谐波含量高，对电网污染较大 PWM