电力电子课件—第五章—斩波技术

1、第第5章章 斩波技术斩波技术5.15.1基本斩波电路基本斩波电路3.1.1 3.1.1 降压斩波电路降压斩波电路3.1.2 3.1.2 升压斩波电路升压斩波电路3.1.3 3.1.3 升降压斩波电路和升降压斩波电路和CukCuk斩波电路斩波电路3.1.4 Sepic3.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和ZetaZeta斩波电路斩波电路 5.25.2复合斩波电路和多相多重斩波电路复合斩波电路和多相多重斩波电路3.2.1 3.2.1 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路 3.2.2 3.2.2 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路3.2.3 3.2.3 多相多重斩波电路多相多重斩波电路直流斩波电路直流

2、斩波电路(DC Chopper , DC/DC Converter）功能功能：DC DC U=固定值固定值 或或 U如何改变直流电压？如何改变直流电压？1、干电池、蓄电池串联使用；、干电池、蓄电池串联使用； （低电压、小容量且不连续改变）E ERRLVL+EVRRRLLL应用：电力机车等应用：电力机车等缺点：串电阻损耗大。缺点：串电阻损耗大。2 2、串入可变电阻调节；、串入可变电阻调节；直流斩波电路直流斩波电路如何改变直流电压？如何改变直流电压？3、用大功率开关器件、用大功率开关器件（SCR、GTO、GTR、 IGBT、 MOSFET）实现低损耗的实现低损耗的DC/DC变换，并能连续调节。变换

3、，并能连续调节。种类：种类：应用：应用：控制直流电机的电枢电流或励磁电流调速。控制直流电机的电枢电流或励磁电流调速。如：电力机车、电动汽车、电梯、机器人的伺服电动机如：电力机车、电动汽车、电梯、机器人的伺服电动机 斩波电路斩波电路（DC-DC变换器）变换器）直接斩波电路直接斩波电路（DC/DC）间接斩波电路（间接斩波电路（DC-AC-DC）斩波器的原理斩波器的原理 直流斩波电路直流斩波电路负载负载RL为理想电阻，为理想电阻，Q为开关；为开关；E ERLu uO O+i iO OQ Q分析分析：Q Q断开，则断开，则u uO O=0=0，i iO O=0 =0 。Q Q接通，则接通，则u uO

4、O=E=E，RL中流过电流中流过电流i iO O；波形：波形：to on ntoffoffu uO OU UO OE Eton on -导通时间导通时间toff off -关断时间关断时间直流斩波电路采用直流斩波电路采用斩控方式斩控方式，比相控，比相控方式性能更佳，因而应用广泛。方式性能更佳，因而应用广泛。v斩波电路的典型用途：拖动直流电动机，斩波电路的典型用途：拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中均会出现反电动势，如图中EM所示所示5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路(Buck Chopper)tttOOOb)TEiGt

5、ontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEc)iGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMEV+-MRLVDa)ioEMuoiG降压斩波电路的原理图及波形降压斩波电路的原理图及波形a）电路图）电路图 b）电流连续时的波形）电流连续时的波形 c）电流断续时的波形电流断续时的波形v工作原理：工作原理： t=0时刻驱动时刻驱动V导通，电源导通，电源E向负载供电，向负载供电，负载电压负载电压uo=E，负载电流负载电流io按指数曲线上按指数曲线上升升t=t1时刻控制时刻控制V关断，负载电流经二极管关断，负载电流经二极管VD续续流，负载电压流，负载电压uo近似为零，负载

6、电流呈指数近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常使串接的电感通常使串接的电感L值较大。值较大。5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路n斩波电路三种控制方式（斩波电路三种控制方式（根据对输出电压平均值进行调制的方式不同而划分） T 不变，变不变，变ton 脉冲宽度调制（脉冲宽度调制（PWM） ton不变，变不变，变T 频率调制（调频型）频率调制（调频型） ton 和和T 都可调都可调混合型混合型上面三种控制方式中上面三种控制方式中第一种第一种PWMPWM方式应用最多方式应用最多tonontoffoffu uO OU UO OE ET

7、 T5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路v直流电机斩波调速系统示意图直流电机斩波调速系统示意图u uO OR RE EMM+ L LP P 220V+ i iG Gi iO O驱动电路驱动电路5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路（Boost Chopper)n1.升压斩波电路的基本原理升压斩波电路的基本原理n工作原理工作原理 假设L 值很大，C 值也很大V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C 值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo 。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为 EVRLVDa)Cioi1iGuob)iGioI1OOtt升压斩波电路及其工作波形a）电路

8、图 b）波形on1tEI2. 升压斩波电路的典型应用升压斩波电路的典型应用 一是用于直流电动机传动一是用于直流电动机传动 二是用作单相功率因数校正（二是用作单相功率因数校正（PFC）电路）电路 三是用于其他交直流电源中三是用于其他交直流电源中EMttTEiOOb)tOTOEtc)VDLVa)EMuoi1i2I10I20I10tontoffuoioi1i2t1t2txtontoffI20uo用于直流电动机回馈能量的升压用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形斩波电路及其波形a） 电路图电路图 b） 电流连续时电流连续时c） 电流断续时电流断续时5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路nV2和和V

9、D2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变构成升压斩波电路，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，工作于为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第第2象限象限nV1和和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，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，工作于第电动机为电动运行，工作于第1象限象限tta)OOb)ELV1VD1uoioV2VD2EMuoioiV1iD1iV2iD2MR电流可逆斩波电路及其波形电流可逆斩波电路及其波形a） 电路图电路图 b） 波形波形5.2.1 电流可逆斩波电路 5.2.2 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路 使V4保持通时，等效为下图所示的电流可逆斩波电路，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 ELR+