第5章 直流斩波电路

1、浙江水利水电专科学校电气工程系电力电子技术电子教案电力电子技术电子教案第第5章章 直流斩波电路直流斩波电路浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第2 2页页目目 录录5.1基本斩波电路基本斩波电路5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路5.1.2 升压斩波电路升压斩波电路5.1.3 升降压斩波电路和升降压斩波电路和Cuk斩波电路斩波电路5.1.4 Sepic斩波电路和斩波电路和Zeta斩波电路斩波电路 5.2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5.2.1 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路 5.2.2 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路5.2.3

2、 多相多重斩波电路多相多重斩波电路本章小结本章小结浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第3 3页页第第5 5章章 直流斩波电路直流斩波电路v直流斩波电路（直流斩波电路（DC ChopperDC Chopper）将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。也称为直接直流也称为直接直流-直流变换器（直流变换器（DC/DC ConverterDC/DC Converter）。）。v直流斩波电路的种类直流斩波电路的种类 六种基本斩波电路：降压斩波（六种基本斩波电路：降压斩波（BuckBuck）电路、升压斩波电路、升压斩波（B

3、oostBoost）电路、升降压斩波（电路、升降压斩波（Buck-BoostBuck-Boost）电路、电路、CukCuk斩斩波电路、波电路、SepicSepic斩波电路和斩波电路和 ZetaZeta斩波电路，其中前两种是斩波电路，其中前两种是最基本的电路。最基本的电路。 复合斩波电路复合斩波电路 多相多重斩波电路多相多重斩波电路浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第4 4页页5.1 5.1 基本斩波电路基本斩波电路 重点介绍最基本的两种基本电路重点介绍最基本的两种基本电路-降压斩波电路和降压斩波电路和升压斩波电路。升压斩波电路。浙江水利水电专科学校电气工程系

4、第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第5 5页页5.1.1 5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路 斩波电路的典型用途之一是拖动直流电斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中中均会出现反电动势，如图中E EM M所示。所示。图5-1 降压斩波电路的原理图及波形a）电路图 b）电流连续时的波形 c）电流断续时的波形v工作原理工作原理 t t=0=0时刻驱动时刻驱动V V导通，电源导通，电源E E向负载供电，向负载供电，负载电压负载电压u uo o= =E E，负载电流负载电流i io o按指数曲线按

5、指数曲线上升。上升。t t= =t t1 1时刻控制时刻控制V V关断，负载电流经二极关断，负载电流经二极管管VDVD续流，负载电压续流，负载电压u uo o近似为零，负载近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感连续且脉动小通常使串接的电感L L值较大。值较大。 tttOOOb)TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEc)iGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMEV+-MRLVDa)ioEMuoiG浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第6

6、6页页v数量关系：数量关系：电流连续时，负载电压平均值电流连续时，负载电压平均值 （5-15-1）t tononV V通的时间通的时间 t toffoffV V断的时间断的时间 a-a-导通导通占空比。占空比。 U Uo o最大为最大为E E ，减小占空比减小占空比a a，U Uo o随之减小。随之减小。因此称为因此称为降压斩波电路，也称之为降压斩波电路，也称之为BuckBuck变换变换器器。 负载电流平均值负载电流平均值 （5-25-2）电流断续时，电流断续时，U Uo o被抬高，一般不希望出现。被抬高，一般不希望出现。 图5-1 降压斩波电路的原理图及波形a）电路图 b）电流连续时的波形

7、c）电流断续时的波形EETtEtttUonoffononoREUIMoo-tttOOOb)TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEc)iGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMEV+-MRLVDa)ioEMuoiG浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第7 7页页斩波电路三种调制方式：斩波电路三种调制方式：1.1. T T 不变，改变不变，改变t ton on 脉宽调制（脉宽调制（PWMPWM）2.2. t tonon不变，变不变，变T T 频率调制（频率调制（PFMPFM）3.3. t tonon和和T T 都

8、可调都可调混合调制混合调制图5-1 降压斩波电路的原理图及波形a）电路图 b）电流连续时的波形 c）电流断续时的波形v基于基于“分段线性分段线性”的思想，对降压斩波的思想，对降压斩波电路进行解析。电路进行解析。 V V通态期间，设负载电流为通态期间，设负载电流为i i1 1，可列出可列出如下方程：如下方程： （5-35-3）EERitiLM11ddtttOOOb)TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEc)iGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMEV+-MRLVDa)ioEMuoiG浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流

9、斩波电路第第8 8页页设此阶段电流初值为设此阶段电流初值为I I1010， = =L/RL/R，解上式解上式得得 （5-4） V V断态期间，设负载电流为断态期间，设负载电流为i i2 2，可列出如下方可列出如下方程：程：（5-5） 设此阶段电流初值为设此阶段电流初值为I I2020，解上式得：解上式得： （5-6）当电流连续时，有：当电流连续时，有：（8-7）（8-8）图5-1 降压斩波电路的原理图及波形a）电路图 b）电流连续时的波形 c）电流断续时的波形1101ttEEiI eeR-M0ddM22ERitiL2201ttEiI eeR-M1022( )Ii t2011( )Ii tttt

10、OOOb)TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEc)iGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMEV+-MRLVDa)ioEMuoiG浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第9 9页页即即V V进入通态时的电流初值就是进入通态时的电流初值就是V V在断态阶段结束时的电流值，反在断态阶段结束时的电流值，反过来，过来，V V进入断态时的电流初值就是进入断态时的电流初值就是V V在通态阶段结束时的电流值在通态阶段结束时的电流值。由式（。由式（5-45-4）、（）、（5-65-6）、（）、（5-75-7）、（）、（5-8

11、5-8）得出：）得出： （5-9）（5-10）式中：式中： ； ； 。由由图图5-1b5-1b可知，可知，I I1010和和I I2020分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值分别是负载电流瞬时值的最小值和最大值。把式（。把式（5-95-9）和式（）和式（5-105-10）用泰勒级数近似，可得）用泰勒级数近似，可得 （5-11）上式表示了平波电抗器上式表示了平波电抗器L L为无穷大，负载电流完全平直时的负载为无穷大，负载电流完全平直时的负载电流平均值电流平均值I Io o，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。REmeeREREeeITt-1111M/1

12、01REmeeREREeeITt-1111M/201/ TEEm/M11ttTT oM1020mEUEIIIRR-o浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第1010页页v从能量传递关系出发进行的推导从能量传递关系出发进行的推导 由于由于L L为无穷大，故负载电流维持为为无穷大，故负载电流维持为I Io o不变。不变。电源只在电源只在V V处于通态时提供能量，为处于通态时提供能量，为在整个周期在整个周期T T中，负载一直在消耗能量，消耗的能量为中，负载一直在消耗能量，消耗的能量为一周期中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量一周期中，忽略损耗，则电源提供的能

13、量与负载消耗的能量相等，即相等，即 （5-12）则则 （5-13） 在上述情况中，均假设在上述情况中，均假设L L值为无穷大，负载电流平直的情况。这值为无穷大，负载电流平直的情况。这种情况下，假设电源电流平均值为种情况下，假设电源电流平均值为I I1 1，则有则有 （5-14）其值小于等于负载电流其值小于等于负载电流I Io o，由上式得由上式得 （5-15）即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器直流降压变压器。 onotEITIETRIoM2oTIETRItEIoM2oonoREEIMo-ooon1IITtIooo1IUEIEI浙江

14、水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第1111页页5.1.2 升压斩波电路1.升压斩波电路的基本原理升压斩波电路的基本原理v 工作原理工作原理 假设假设L L值很大，值很大，C C值也很大。值也很大。 V V通时，通时，E E向向L L充电，充电电流恒为充电，充电电流恒为I I1 1，同时同时C C的电压向负载供电，因的电压向负载供电，因C C值值很大，输出电压很大，输出电压u uo o为恒值，记为为恒值，记为U Uo o。设设V V通的时间为通的时间为t tonon，此阶段此阶段L L上积蓄上积蓄的能量为。的能量为。 V V断时，断时，E E和和L L共同向共同

15、向C C充电并向负载充电并向负载R R供电。设供电。设V V断的时间为断的时间为t toffoff，则此期则此期间电感间电感L L释放能量为。释放能量为。 稳态时，一个周期稳态时，一个周期T T中中L L积蓄能量与积蓄能量与释放能量相等。释放能量相等。 （5-205-20）EVRLVDa)Cioi1iGuob)iGioI1OOtt图5-2 升压斩波电路及其工作波形a）电路图 b）波形on1tEIoff1otIEU -off1oon1tIEUtEI-浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第1212页页 化简得：化简得： （5-21），输出电压高于电源电压，故称该电

16、路为，输出电压高于电源电压，故称该电路为升升压斩波电路。也称之为压斩波电路。也称之为BoostBoost变换器。变换器。 因此，式（因此，式（5-215-21）可表示为）可表示为 （5-22） 升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因：升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因：一是一是L L储能之后具有使电压泵升的作用；储能之后具有使电压泵升的作用； 二是电容二是电容C C可将输出电压保持住。可将输出电压保持住。EtTEtttUoffoffoffono1/offtT11UE-o浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第1313页页以上分析中，认为以上分析中，认

17、为V V通态期间因电容通态期间因电容C C的作用使得输出电的作用使得输出电压压U Uo o不变，但实际不变，但实际C C值不可能无穷大，在此阶段其向负载放电值不可能无穷大，在此阶段其向负载放电，U Uo o必然会有所下降，故实际输出电压会略低。必然会有所下降，故实际输出电压会略低。如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R R消耗，即消耗，即 （5-24） 该式表明，与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看该式表明，与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看成是成是直流升压变压器直流升压变压器。 oo1IUEI 浙江水利水电专科学校电气工程系第

18、第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第1414页页2. 2. 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（PFCPFC）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图5-3 用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形a） 电路图 b） 电流连续时c） 电流断续时浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第1

19、515页页 用于直流电动机传动时用于直流电动机传动时通常是用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流通常是用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源。电源。实际电路中电感实际电路中电感L L值不可能为无穷大，因此该电路和降值不可能为无穷大，因此该电路和降压斩波电路一样，也有电动机电枢电流连续和断续两压斩波电路一样，也有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。种工作状态。此时电机的反电动势相当于此时电机的反电动势相当于图图5-25-2电路电路中的电源，而此中的电源，而此时的直流电源相当于图时的直流电源相当于图5-25-2中电路中的负载。由于直流中电路中的负载。由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不

20、必并联电容器。电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。 浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第1616页页5.1.3 5.1.3 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1. 1. 升降压斩波电路升降压斩波电路设设L L值很大，值很大，C C值也很大。使电感值也很大。使电感电流电流i iL L和电容电压即负载电压和电容电压即负载电压u uo o基基本为恒值。本为恒值。基本工作原理基本工作原理V V通时，电源通时，电源E E经经V V向向L L供电使供电使其贮能，此时电流为其贮能，此时电流为i i1 1。同同时，时，C C维持输出电压恒定

21、并维持输出电压恒定并向负载向负载R R供电。供电。图5-4 升降压斩波电路及其波形a）电路图 b）波形VDotb)ERLa)CVoti1i2uLuoILi1i2tontoffILIL浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第1717页页升降压斩波电路升降压斩波电路V V断时，断时，L L的能量向负载释放，电流为的能量向负载释放，电流为i i2 2。负载电压极性负载电压极性为为上负下正上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作，与电源电压极性相反，该电路也称作反极反极性斩波电路。性斩波电路。稳态时，一个周期稳态时，一个周期T T内电感内电感L L两端电压两端电压u

22、uL L对时间的积分为对时间的积分为零，即零，即 （5-39）上式也称为上式也称为电感伏秒平衡式。电感伏秒平衡式。当当V V处于通态期间，处于通态期间，u uL L = = E E；而当而当V V处于断态期间，处于断态期间，u uL L = - = - U Uo o。于是：于是： （5-40）所以输出电压为：所以输出电压为： （5-41）Ttu0L0doffoontUtEEEtTtEttU-1ononoffono浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第1818页页改变导通比改变导通比a a，输出电压既可以比输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。电源电压

23、高，也可以比电源电压低。当当00a a 1/21/2时为降压，当时为降压，当1/21/2a a 11时时为升压为升压，因此将该电路称作，因此将该电路称作升降压斩升降压斩波电路。也有文献直接按英文称之为波电路。也有文献直接按英文称之为buck-boost buck-boost 变换器（变换器（Buck-Boost Buck-Boost ConverterConverter）。图图5-4b5-4b中给出了电源电流中给出了电源电流i i1 1和负载电和负载电流流i i2 2的波形，设两者的平均值分别为的波形，设两者的平均值分别为I I1 1和和I I2 2，当电流脉动足够小时，有当电流脉动足够小时，

24、有 （5-42） VDotb)ERLa)CVoti1i2uLuoILi1i2tontoffILILoffon21ttII图5-4 升降压斩波电路及其波形a）电路图 b）波形浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第1919页页由上式可得：由上式可得： （5-43）如果如果V V、VDVD为没有损耗的理想开关时，则为没有损耗的理想开关时，则 （5-44）其输出功率和输入功率相等，可看作其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器直流变压器。11onoff21IIttI-2o1IUEI 浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第2020页页

25、2. 2. CukCuk斩波电路斩波电路图图5-55-5所示为所示为CukCuk斩波电路的原理图及其等效电路。斩波电路的原理图及其等效电路。V V通时，通时，E EL L1 1V V回路和回路和R RL L2 2C CV V回路分别流过电流回路分别流过电流V V断时，断时，E EL L1 1C CVDVD回路和回路和R RL L2 2VDVD回路分别流过电流回路分别流过电流输出电压的极性与电源电压极性相反输出电压的极性与电源电压极性相反等效电路如图等效电路如图5-5b5-5b所示，相当于开关所示，相当于开关S S在在A A、B B两点之间交替切两点之间交替切换换图5-5 Cuk斩波电路及其等效

26、电路a） 电路图 b） 等效电路CukCuk斩波电路斩波电路ERVDa)CVRb)CBASEL1L2uoi1L1L2i2uCuAuBuoBAS浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第2121页页 稳态时电容稳态时电容C C的电流在一周期内的平均值应为零，也就是其的电流在一周期内的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零，即对时间的积分为零，即 （5-45） 上式也称之为上式也称之为电容充电平衡式。电容充电平衡式。在图在图5-5b5-5b的等效电路中，开关的等效电路中，开关S S合向合向B B点时间即点时间即V V处于通态的时间处于通态的时间t tonon，则电容电

27、流和时间的乘积为则电容电流和时间的乘积为I I2 2t tonon。开关开关S S合向合向A A点的时间为点的时间为V V处于断态的时间处于断态的时间t toffoff，则电容电流和时间的乘积为则电容电流和时间的乘积为I I1 1 t toffoff。由由此可得此可得 （5-46）从而可得从而可得 （5-47） Tti0C0doff1on2tItI-1onononoff12ttTttII浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第2222页页当电容当电容C C很大使电容电压很大使电容电压u uC C的脉动足够小时，输出电压的脉动足够小时，输出电压U Uo o与与输入

28、电压输入电压E E的关系可用以下方法求出。当开关的关系可用以下方法求出。当开关S S合到合到B B点时，点时，B B点点电压电压u uB B=0=0，A A点电压点电压u uA A= - = - u uC C；相反，当相反，当S S合到合到A A点时，点时，u uB B= = u uC C，u uA A=0=0。因此，因此，B B点电压点电压u uB B的平均值为的平均值为（U UC C为电容电压为电容电压u uC C的平均值），又因电感的平均值），又因电感L L1 1的电压平均值为零，所以的电压平均值为零，所以。另一方面，另一方面，A A点的电压平均值为点的电压平均值为 ，且，且L L2 2

29、的电压平的电压平均值为零，按均值为零，按图图5-5b5-5b中输出电压中输出电压U Uo o的极性，有的极性，有。 CBUTtUoffCBUTtUEoffCAUTtUon-ACtUUUT -ono浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第2323页页于是可得出输出电压于是可得出输出电压U Uo o与电源电压与电源电压E E的关系：的关系： （5-48）这一输入输出关系与升降压斩波电路时的情况相同。这一输入输出关系与升降压斩波电路时的情况相同。优点（与升降压斩波电路相比）优点（与升降压斩波电路相比）：输入电源电流和输出负：输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动

30、很小，有利于对输入、输出进行滤载电流都是连续的，且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。波。EEtTtEttU-1ononoffono浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第2424页页5.1.4 5.1.4 SepicSepic斩波电路和斩波电路和ZetaZeta斩波电路斩波电路 图图5-65-6分别给出了分别给出了SepicSepic斩波电路和斩波电路和ZetaZeta斩波电路的原理图。斩波电路的原理图。SepicSepic斩波电路的基本工作原理是：当斩波电路的基本工作原理是：当V V处于通态时，处于通态时，E EL L1 1V V回路和回路和C C1 1V

31、 VL L2 2回路同时导电，回路同时导电，L L1 1和和L L2 2贮能。贮能。V V处于断态时，处于断态时，E EL L1 1C C1 1VDVD负载（负载（C C2 2和和R R）回路及回路及L L2 2VDVD负载回路同时导电，负载回路同时导电，此阶段此阶段E E和和L L1 1既向负载供电，同时也向既向负载供电，同时也向C C1 1充电，充电，C C1 1贮存的能量在贮存的能量在V V处处于通态时向于通态时向L L2 2转移。转移。RVDEVb)RVDEa)Vi1L1C1uC1i2L2C2uoi1C1L1uoC2L2图5-6 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路a）Sepic斩波电

32、路 b）Zeta斩波电路浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第2525页页SepicSepic斩波电路的输入输出关系由下式给出：斩波电路的输入输出关系由下式给出： （5-49）ZetaZeta斩波电路也称双斩波电路也称双SepicSepic斩波电路，其基本工作原理是：斩波电路，其基本工作原理是：在在V V处于通态期间，电源处于通态期间，电源E E经开关经开关V V向电感向电感L L1 1贮能。待贮能。待V V关断后，关断后，L L1 1经经VDVD与与C C1 1构成振荡回路，其贮存的能量转移至构成振荡回路，其贮存的能量转移至C C1 1，至振荡回路电至振荡回

33、路电流过零，流过零，L L1 1上的能量全部转移至上的能量全部转移至C C1 1上之后，上之后，VDVD关断，关断，C C1 1经经L L2 2向负向负载供电。载供电。EEtTtEttU-1ononoffono浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第2626页页ZetaZeta斩波电路的输入输出关系为：斩波电路的输入输出关系为： （5-50） 两种电路相比，具有相同的输入输出关系。两种电路相比，具有相同的输入输出关系。SepicSepic电路中电路中，电源电流连续，有利于输入滤波，而，电源电流连续，有利于输入滤波，而ZetaZeta电路的输出电流电路的输出电流连

34、续，有利于输出滤波。另外，与前一小节所述的两种电路连续，有利于输出滤波。另外，与前一小节所述的两种电路相比，这里的两种电路输出电压为正极性的，且输入输出关相比，这里的两种电路输出电压为正极性的，且输入输出关系相同。系相同。 EU-1o浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第2727页页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5.2.1 5.2.1 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路 斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又可再生制动。动运行，又可再生制动。降压斩波电路

35、拖动直流电动机时，降压斩波电路拖动直流电动机时，如图如图5-15-1所示，电动机所示，电动机工作于第工作于第1 1象限；象限；如图如图5-35-3所示升压斩波电路中，电动机工作于第所示升压斩波电路中，电动机工作于第2 2象限。象限。电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路：降压斩波电路与升压斩波电路组合：降压斩波电路与升压斩波电路组合，拖动直流电动机时，电动机的电枢电流可正可负，但电压，拖动直流电动机时，电动机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第只能是一种极性，故其可工作于第1 1象限和第象限和第2 2象限。象限。浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路

36、第第2828页页V V1 1和和VDVD1 1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 1象限；象限；V V2 2和和VDVD2 2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为构成升压斩波电路，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，工作于第电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2 2象限象限。tta)OOb)ELV1VD1uoioV2VD2EMuoioiV1iD1iV2iD2MR图5-7 电流可逆斩波电路及其波形a） 电路图 b） 波形浙江水利水电专科学校电气工程

37、系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第2929页页必须防止必须防止V V1 1和和V V2 2同时导通而导致的电源短路同时导通而导致的电源短路只作降压斩波器运行时，只作降压斩波器运行时，V V2 2和和VDVD2 2总处于断态总处于断态只作升压斩波器运行时，则只作升压斩波器运行时，则V V1 1和和VDVD1 1总处于断态总处于断态第第3 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

38、反方向流过，这样电动机电枢回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。以路总有电流流过。以图图5-7b5-7b为例说明。为例说明。在一个周期内，电枢电流沿正、负两个方向流通，电流不在一个周期内，电枢电流沿正、负两个方向流通，电流不断，所以响应很快。断，所以响应很快。浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第3030页页5.2.2 5.2.2 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路电流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：电枢电流可逆，两象限运行，但电压极性是单向的。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

39、制动的场合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，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，成为正向和反向电压，成为桥式可逆斩波电路。桥式可逆斩波电路。浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第3131页页使使V V4 4保持通时，等效为保持通时，等效为图图5-7a5-7a所示的电流可逆斩波电路，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向电动机提供正电压，可使电动机工作于第1 1、2 2象限，即象限，即正转电动和正转再生制动状态。正转电动和正转再生制动状态。

40、使使V V2 2保持通时，保持通时，V V3 3、VDVD3 3和和V V4 4、VDVD4 4等效为又一组电流可逆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斩波电路，向电动机提供负电压，可使电动机工作于第3 3、4 4象限。象限。 ELR+-V1VD1uoV3EMV2VD2ioV4VD3VD4M图5-8 桥式可逆斩波电路 浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第3232页页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。的基本斩波电路而构成的。相数相数 从电源

41、端看，不同相位的斩波回路数从电源端看，不同相位的斩波回路数重数重数 从负载端看，不同相位的斩波回路数从负载端看，不同相位的斩波回路数示例：示例：图图5-95-9，3 3相相3 3重降压斩波电路，重降压斩波电路，图图5-105-10，2 2相相2 2重降压斩重降压斩波电路，波电路，图图5-115-11，2 2相相1 1重降压斩波电路。重降压斩波电路。相当于由相当于由3 3个降压斩波电路单元并联而成，总输出电流为个降压斩波电路单元并联而成，总输出电流为3 3个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电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流平均值的3 3倍，脉动频率也为倍，

42、脉动频率也为3 3倍。倍。由于由于3 3个单元电流的脉动幅值互相抵消，使总的输出电流个单元电流的脉动幅值互相抵消，使总的输出电流脉动幅值变得很小。脉动幅值变得很小。 5.2.3 5.2.3 多相多重斩波电路多相多重斩波电路浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第3333页页采用多相多重斩波电路的优点：采用多相多重斩波电路的优点： （1）电流脉动率下降，有利于牵引电机的运行；）电流脉动率下降，有利于牵引电机的运行； （2）平波电抗器的体积重量显著降低；）平波电抗器的体积重量显著降低； （3）有利于输入滤波器的设计。）有利于输入滤波器的设计。 （4）可以提高输出功率

43、。）可以提高输出功率。 q多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可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互为备用浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第3434页页tOtttttttOOOOOOOb)u1u2u3uoi1i2i3ioCLEMa)V1V2V3i1i2i3VD3VD2L1L2L3iouou1u2u3VD1图5-9 多相多重斩波电路及其波形a）电路图 b）波形浙江水利水电专科学校电气工程系第第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第3535页页 图5-10 二相二重斩波 图5-11 二相一重斩波 浙江水利水电专科学校电气工程系第

44、第5 5章直流斩波电路章直流斩波电路第第3636页页本章小结本章小结本章介绍了本章介绍了6 6种基本斩波电路、种基本斩波电路、2 2种复合斩波电路及多相种复合斩波电路及多相多重斩波电路，其中最基本的是降压斩波电路和升压斩波电多重斩波电路，其中最基本的是降压斩波电路和升压斩波电路两种，对这两种电路的理解和掌握是学习本章的关键和核路两种，对这两种电路的理解和掌握是学习本章的关键和核心，也是学习其他斩波电路的基础。因此，本章的心，也是学习其他斩波电路的基础。因此，本章的重点是，是，理解理解降压斩波电路和升压斩波电路降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理，掌握这两种的工作原理，掌握这两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩波电路应用的新领域，前者的应用在逐渐萎缩，而后者的斩波电路应用的新领域，前者的应用在逐