第三章 电力牵引变流器

主要内容1、整流电路2、逆变电路3、斩波电路4、变频电路第一节整流电路整流电路的分类：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。按电路结构可分为桥式电路和零式电路。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。整流电路是出现最早的电力电子电路，其作用是将交流电变为直流电。2、相控整流调压的优点：＃实现牵引电机端压平滑无级调节．可以减少调压过程中的电流冲击，使牵引电机力矩变化平滑；＃无级调压具有快速性，有利于更好地利用机车的惯性。＃采用相控调压，可取消笨重的有触点式调压开关，调压时不必切换主电路，不会有电弧产生。3、相控整流调压的缺点：交直型整流机车的最大缺点之一是功率因数较低和谐波分量较高。＃功率因数低，系统的利用率低，引起电网压降，引起无功损耗。电网压降与负载的无功功率大小成正比。＃谐波电流对通讯造成干扰，引起继电保护误动作。

图2-1

单相半波可控整流电路及波形1、带电阻负载的工作情况变压器T起变换电压和电气隔离的作用。电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00一、单相半波可控整流电路(SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier)首先，引入两个重要的基本概念：触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示。基本数量关系

VT的a移相范围为180

通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。

直流输出电压平均值为(3-1)2、带阻感负载的工作情况

图2-2

带阻感负载的单相半波电路及其波形阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。讨论负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角θ的关系。wttwwtwtwu20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++对单相半波电路的分析可基于上述方法进行：当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。当VT处于通态时，相当于VT短路。图2-3单相半波可控整流电路的分段线性等效电路a)VT处于关断状态b)VT处于导通状态电力电子电路的一种基本分析方法通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路。器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。当VT处于通态时，如下方程成立：VTb)RLu2b)VT处于导通状态（2-2）（2-4）初始条件：ωt=a

，id=0。求解式（2-2）并将初始条件代入可得当ωt=θ+a

时，id=0，代入式（2-3）并整理得

（2-3）其中，负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角θ的关系若j为定值，a

越大，在u2正半周L储能越少，维持导电的能力就越弱，θ越小若a为定值，j

越大，则L贮能越多，θ越大；且j

越大，在u2负半周L维持晶闸管导通的时间就越接近晶闸管在u2正半周导通的时间，ud中负的部分越接近正的部分，平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。续流二极管u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)图2-4

单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，VT承受反压关断。L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流。

数量关系(id近似恒为Id）（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）VT的a移相范围为180

。简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。单相半波可控整流电路的特点二、桥式不控整流电路（2）整流输出电压1)带电阻负载的工作情况a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图2-5

单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形工作原理及波形分析VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。电路结构二、单相桥式全控整流电路(SinglePhaseBridgeContrelledRectifier)数量关系（2-9）a角的移相范围为180

。向负载输出的平均电流值为：流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：（2-10）pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4流过晶闸管的电流有效值：变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：由式（2-12）和式（2-13）得：不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量S=U2I2。（2-12）（2-13）（2-14）pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,42、带阻感负载的工作情况

u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4图2-6

单相全控桥带阻感负载时的电路及波形假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4并不关断。至ωt=π+a时刻，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通。VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相，亦称换流。

数量关系（2-15）晶闸管移相范围为90

。晶闸管导通角θ与a无关，均为180

。电流的平均值和有效值：变压器二次侧电流i2的波形为正负各180

的矩形波，其相位由a角决定，有效值I2=Id。晶闸管承受的最大正反向电压均为。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,43、带反电动势负载时的工作情况图2-7单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的电路及波形在|u2|>E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。在a

角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。导通之后，

ud=u2，，

直至|u2|=E，id即降至0使得晶闸管关断，此后ud=E。与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称为停止导电角，（2-16）b)idOEudwtIdOwtaqd当α

<d时，触发脉冲到来时，晶闸管承受负电压，不可能导通。图2-7b单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的波形电流断续触发脉冲有足够的宽度，保证当wt=d时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟为d。如图2-7b所示id波形所示：电流连续ub)idOEdwtIdOwtαqd负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的机械特性将很软。为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器。这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与阻感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式也一样。为保证电流连续所需的电感量L可由下式求出：（2-17）图2-8

单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况twwOud0Eidtpdaq=p单相桥式半控整流电路:电路结构

单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流电路ud

图2-10单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形电阻负载半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。单相半控桥带阻感负载的情况

图2-10单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电。

u2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。在u2负半周触发角a时刻触发VT3，VT3导通，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR续流二极管的作用：避免可能发生的失控现象。若无续流二极管，则当a

突然增大至180

或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，其平均值保持恒定【为0.45U2(1+COSα)/2】，称为失控。有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。单相桥式半控整流电路的另一种接法相当于把图2-5a中的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续流由VD3和VD4来实现。图2-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形图2-11单相桥式半控整流电路的另一接法控制段数越多，在相同的输出电压比的情况下，功率因数越高。段数多的负面影响是主电路复杂，元件数量越多，控制越复杂。采用四段半控桥已具有比较好的功率因数，多于四段控制的经济意义不大。五、多段桥顺序控制目的：改善机车的功率因数，降低谐波干扰。1、二段半控桥式整流电路（6G）第一调节区：ＲＭ２闭锁（α2=180º），ＲＭ１的T1、T2被触发逐渐开放，ＲＭ２的D3和Ｄ４续流，Ud由0～450V调节；第二调节区：ＲＭ1满开放（α1=0º

），ＲＭ２逐渐开放，Ud由450～900V调节；第二阶段：2、三段不等分桥式整流电路工作原理:XAx2a2x1a1ud2udo1/41/41/23、四段经济桥式整流电路第一阶段：控制T1T2。第二阶段：满开放T1T2,控制T3T4。第三阶段：满开放T5T6,控制T1T2。第四阶段：满开放T1T2、T5T6，控制T3T4。XAx2a2x1a1ud2udo1/41/41/2这种控制方式在第二阶段向第三阶段转换的过程中采用开关式跳跃。由于整流器的负载是感性负载，在转换过程中必然会引起操作电压，加之逻辑转换所带来的控制系统的复杂性，使系统的可靠性大大降低。故后期的SS4改机车均采用三段不等分半控调压整流电路。SS8、SS9当开关桥转换失败后可自动进入三段不等分桥控制方式。结论：有级调速分有级调压调速和有级弱磁调节速两种；无级调速也分为无级调压和无级弱磁两种。二者比较：

无级调速可实现牵引电流和牵引力的连续调节；有级调速在级间变换时有电流冲击和机械冲击。三、整流电路的谐波和功率因数随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波(harmonics)和无功(reactivepower)问题日益严重，引起了关注。无功的危害：导致设备容量增加。使设备和线路的损耗增加。线路压降增大，冲击性负载使电压剧烈波动。谐波的危害：降低设备的效率。影响用电设备的正常工作。引起电网局部的谐振，使谐波放大，加剧危害。导致继电保护和自动装置的误动作。对通信系统造成干扰。1、谐波和无功功率分析基础对于非正弦波电压，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数：正弦波电压可表示为：n次谐波电流含有率以HRIn（HarmonicRatioforIn）表示（2-57）电流谐波总畸变率THDi（TotalHarmonicdistortion）定义为（2-58）基波（fundamental）——频率与工频相同的分量谐波——频率为基波频率大于1整数倍的分量谐波次数——谐波频率和基波频率的整数比2）功率因数正弦电路中的情况电路的有功功率就是其平均功率：（2-59）视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI

（2-60）无功功率定义为：Q=UIsinj

（2-61）功率因数l定义为有功功率P和视在功率S的比值：（2-62）

此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系：（2-63）功率因数是由电压和电流的相位差j决定的：l=cos

j（2-64）非正弦电路中的情况有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同，功率因数仍由式定义。不考虑电压畸变，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的情况有很大的实际意义。非正弦电路的有功功率：P=UI1

cosj1（2-65）功率因数为：（2-66）

基波因数——(钮）v=I1/I，即基波电流有效值和总电流有效值之比位移因数（基波功率因数）——cosj

1功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素共同决定的。非正弦电路的无功功率定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。一种简单的定义是仿照式（2-63）给出的：（2-67）无功功率Q反映了能量的流动和交换，目前被较广泛的接受。也可仿照式（2-61）定义无功功率，为和式（2-67）区别，采用符号Qf，忽略电压中的谐波时有：Qf=UI1

sinj

1(2-68）在非正弦情况下，，因此引入畸变功率D，使得：（2-69）Qf为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流产生的无功功率。1、不控整流电路的功率因数uwtwtii1uiid假设：L=∞，整流电流平直，不考虑换向重叠角γ，则电流i为方波。对输入电流进行傅利叶分解，可得：由于输入电流正负半波对称，所以其直流分量为零。即根据假设，变压器原边绕组流过的方波电流与电网电压同相位。可见不控整流电路的功率因数较高，达到0.9。相移系数电流畸变系数功率因数谐波系数2、全控整流电路的功率因数idiuT1T3T2T4+Ud-i1iwtwtuIdwtudαφ假设：L=∞，整流电流平直，不考虑换向重叠角γ，则电流i为方波。电流与电压不同相，电流滞后电压一个角度，此角度为电路的控制角α。根据电压的波形，可以计算出整流电压的平均值:Ud0

为α=0时的整流电压平均值，也是整流电路的最大输出电压平均值。对输入电流进行傅利叶分解，可得：由于输入电流正负半波对称，所以其直流分量为零。即i1iwtIdαπ+α2π+α同理：可见，输入电流只存在奇数次谐波,不存在偶数次谐波。（2-72）变压器二次侧电流谐波分析：n=1,3,5,…（2-73）电流中仅含奇次谐波。各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。基波电流有效值为

（2-74）

i2的有效值I=Id，结合式（2-74）可得基波因数为

电流基波与电压的相位差就等于控制角

，故位移因数为（2-76）所以，功率因数为

（2-77）功率因数计算根据以上推导，可得：n次谐波的移相角可见，基波电流滞后于电源电压，基波电流相位角等于控制角。全控整流电路的参数:3、半控整流电路的功率因数uiidudwtIduwtwtii1假设：L=∞，整流电流平直，不考虑换向重叠角γ，则电流i为方波。与全控桥的分析方法一样，对半控桥输入电流进行傅利叶分解，可得：由于输入电流正负半波对称，所以其直流分量为零。即Idwti可见，电流基波滞后电源电压的角度是α/2。不控整流桥功率因数恒定为0.9，较高；全控桥功率因数与Ud/Ud0成正比，即与cosa成正比，在控制角a较小时，功率因数较大，在控制角a较大时，功率因数较小；半控桥介于不控与全控之间，比全控桥功率因数高，谐波含量较低。小结Ud/Ud0PF不控桥半控桥全控桥结论：半控桥的功率因数值在相同的输出电压情况下比全控桥高。这也是交-直传动机车采用半控整流桥的原因。调压在满压附近PF超过0.9，这是因为λ＞0.9。但当输出电压小于0.5Udo功率因数很小，故可采用多段桥调压以提高低压区的功率因数。实际电路中采用的功率因数补偿方法：1、采用多段桥2、采用功率因数补偿器连接：跨接在机车主变压器二次侧绕组的两端。种类：（RC效果差，且电容冲击电流大，故少采用）作用原理：在基波网压的作用下，对基波呈容性，提供容性无功电流，减少相控机车滞后的负载电流，从而提高机车的功率因数。也减少了干扰电流。第二节逆变电路逆变的概念

逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。交流侧接电网，为有源逆变。应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等。交流侧接负载，为无源逆变。对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。逆变与变频变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变主要应用：各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。1、直流发电机—电动机系统电能的流转图2-44直流发电机—电动机之间电能的流转a）两电动势同极性EG

>EM

b）两电动势同极性EM>EG

c）两电动势反极性，形成短路两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向低的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。一、有源逆变2、逆变产生的条件单相全波电路代替上述发电机图2-45

单相全波电路的整流和逆变交流电网输出电功率电动机输出电功率a)b)u10udu20u10aOOwtwtIdidUd>EMu10udu20u10OOwtwtIdiddaiVT1iVT2iVT2id=iVT+iVT12id=iVT+iVT12iVT1iVT2iVT1从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件有二：有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压。晶闸管的控制角

>/2，使Ud为负值。半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。逆变和整流的区别：控制角

不同

0<

<p

/2

时，电路工作在整流状态。

p

/2<

<

p时，电路工作在逆变状态。可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等各项问题。把a>p/2时的控制角用p-

=b表示，b称为逆变角。逆变角b和控制角a的计量方向相反，其大小自b=0的起始点向左方计量。3、逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败（逆变颠覆）

逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。交流电源缺相或突然消失。换相的裕量角不足，引起换相失败。1)逆变失败的原因换相重叠角的影响：图2-47交流侧电抗对逆变换相过程的影响当b>g时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果b<g时（从图2-47右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。udOOidwtwtuaubucuaubpbgb<gagbb>giVT1iVTiVT3iVTiVT3222)确定最小逆变角bmin的依据逆变时允许采用的最小逆变角b应等于bmin=d+g+q′

（2-109）d——晶闸管的关断时间tq折合的电角度g——

换相重叠角q′——安全裕量角tq大的可达200~300ms，折算到电角度约4

~5

。随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。主要针对脉冲不对称程度（一般可达5

）。值约取为10

。g——

换相重叠角的确定：查阅有关手册举例如下：整流电压整流电流变压器容量短路电压比Uk%g220V800A240kV。A5%15

~20

参照整流时g的计算方法（2-110）（2-111）根据逆变工作时，并设，上式可改写成这样，bmin一般取30

~35

。以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理二、无源逆变电路的基本工作原理图5-1逆变电路及其波形举例负载a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。直流电交流电逆变电路最基本的工作原理

——改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。图5-1逆变电路及其波形举例a)b)tuoiot1t2电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相。开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。关断：全控型器件可通过门极关断。半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断。研究换流方式主要是研究如何使器件关断。1、电压型逆变电路1）逆变电路的分类——根据直流侧电源性质的不同电压型逆变电路——又称为电压源型逆变电路VoltageSourceTypeInverter-VSTI直流侧是电压源电流型逆变电路——又称为电流源型逆变电路CurrentSourceTypeInverter-VSTI直流侧是电流源2）电压型逆变电路的特点图5-5

电压型全桥逆变电路

(1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。

(2)输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。

(3)阻感负载时需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。（1）半桥逆变电路u图5－6单相半桥电压型逆变电路及其工作波形a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2工作原理V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，输出电压uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2。V1或V2通时，io和uo同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或VD2通时，io和uo反向，电感中贮能向直流侧反馈。VD1、VD2称为反馈二极管,它又起着使负载电流连续的作用，又称续流二极管。优点：电路简单，使用器件少。缺点：输出交流电压幅值为Ud/2，且直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡。应用：用于几kW以下的小功率逆变电源。单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合。2)全桥逆变电路共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。两对桥臂交替导通180°。输出电压合电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。Um=Ud改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。阻感负载时，还可采用移相得方式来调节输出电压－移相调压。V3的基极信号比V1落后q

（0＜q

＜180°）。输出电压是正负各为q的脉冲。改变q就可调节输出电压。3、三相电压型逆变电路三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路应用最广的是三相桥式逆变电路图5-9三相电压型桥式逆变电路VT1VT2VT3VT4VT5VT60°触发导通导通导通60°导通触发导通导通120°导通导通触发导通180°导通导通触发导通240°导通导通触发导通300°导通导通导通基本工作方式——180°导电方式图5-10电压型三相桥式逆变电路的工作波形每桥臂导电180°，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120°。任一瞬间有三个桥臂同时导通。每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。图5-10电压型三相桥式逆变电路的工作波形波形分析负载各相到电源中点N'的电压：U相，1通，uUN'=Ud/2，4通，uUN'=-Ud/2。负载线电压负载相电压图5-10电压型三相桥式逆变电路的工作波形tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUN'uUNuUViUiduVN'uWN'uNN'UdUd2Ud3Ud62Ud3负载中点和电源中点间电压

负载三相对称时有uUN+uVN+uWN=0，于是

负载已知时，可由uUN波形求出iU波形。一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似。桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流id的波形，id每60°脉动一次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的，电压型逆变电路的一个特点。防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源短路，应采取“先断后通”4、交流传动机车主电路1）、电压型四象限脉冲变流器（二点式）该电路有12种工作状态,这些工作状态在工作时并不是按顺序出现的。第一阶段:VD1、VT3导通Us1=0,iF为正,不断增加。电路处于电源短接状态。第2阶段:VD1、VD4导通Us1=Ud,iF为正,不断减少,整流状态。第三阶段:VT2、VT3导通电容和电源串联向电感充电.Us1=-Ud,iF为正,数值不断增加，电路处于逆变状态。第四阶段:导通VD2，VT4电感向电源放电.Us1=0,iF为负,数值不断减少，电路处于电源短接状态。第五阶段：导通VT1、VT4电容向电源和电感充电.Us1=Ud,iF为负,数值不断增加，电路处于逆变状态。第六阶段：VD2、VD3导通电感向电源和负载放电.Us1=-Ud,iF为负,数值不断减少，电路处于整流状态。第七阶段：VT2、VD4导通电感向电源放电.Us1=0,iF为正,数值不断减少，电路处于电源短接状态。第八阶段:VT2、VT3导通电容和电源串联向电感充电.Us1=-Ud,iF为正,数值不断增加，电路处于逆变状态。第9阶段:VD1、VD4导通Us1=Ud,iF为正,不断减少,整流状态.第十阶段:导通VT1、VD3电感向电源放电.Us1=0,iF为负,数值不断减少，电路处于电源短接状态。第11阶段：VD2、VD3导通电感和电源向负载放电.Us1=-Ud,iF为负,数值不断减少，电路处于整流状态。第12阶段：导通VT1、VT4电容和电源串联向电感充电.Us1=Ud,iF为负,数值不断增加，电路处于逆变状态。第三节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

直流斩波电路的种类

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，其中前两种是最基本的电路复合斩波电路——不同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基本斩波电路重点介绍最基本的两种基本电路

---降压斩波电路

---升压斩波电路3.1电路结构全控型器件

若为晶闸管，须有辅助关断电路。续流二极管负载出现的反电动势典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。

一、

降压斩波电路（BuckChopper)工作原理c)

电流断续时的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)电流连续时的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)

电路图图3-1

降压斩波电路得原理图及波形t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。3.1.1数量关系电流连续负载电压平均值：（3-1）（3-2）ton——V通的时间toff——V断的时间a--导通占空比

电流断续，Uo被抬高，一般不希望出现。负载电流平均值：斩波电路三种控制方式T不变，变ton—脉冲宽度调制（PWM）。ton不变，变T—频率调制。ton和T都可调，改变占空比—混合型。此种方式应用最多电力电子电路的实质上是分时段线性电路的思想。基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进行解析。分V处于通态和处于断态初始条件分电流连续和断续同样可以从能量传递关系出发进行的推导

由于L为无穷大，故负载电流维持为Io不变电源只在V处于通态时提供能量，为在整个周期T中，负载消耗的能量为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。一周期中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等。I1为电源电流的平均值

负载电流断续的情况：输出电压不仅与占空比有关，还与反电势大小有关。

（3-1