电力电子技术课件4.ppt
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1、1直流变换器是将直流电变换为电压可变的直流电,又直流变换器是将直流电变换为电压可变的直流电,又称斩波器。称斩波器。6.1 斩波原理和控制方式斩波原理和控制方式Ui_+Uo_+tUiUoToffTon斩波器输出电压斩波器输出电压 iionioffononoUUTTUTTTU 开关在一周内导通时间与导通周期之比称为占空比开关在一周内导通时间与导通周期之比称为占空比。斩波器输出电压具有丰富的谐波,提高开关工作频率,斩波器输出电压具有丰富的谐波,提高开关工作频率,可以减小滤波装置。可以减小滤波装置。2斩波器的控制方式有三种:斩波器的控制方式有三种:定频调宽定频调宽(PWM)、定宽调频、调频调宽。、定宽
2、调频、调频调宽。6.2 6.2 直流变换器的基本电路直流变换器的基本电路降压式变换器降压式变换器tUiuUoi0Uo=Ui工作原理:工作原理:S导通,导通,D截止,截止,L、C充充电,电,i0上升;上升;S关断,关断,D导通,导通,L、C放电,放电,i0下下降。降。Ui_+i0UoCDSL负载负载_+u_+3升压式变换器升压式变换器iLUoutUiTonToff因为电压因为电压u的平均值等于的平均值等于Ui,所以,所以UoToff=Ui(Ton+Toff),即即iioffioffoffonoU11UTTUTTTU S导通,导通,D截止,截止,L充充电,负载由电,负载由C提供电提供电能;能;Ui
3、_+iLUoCDSL负载_+_+u_+_+S关断,关断,D导通,导通,u为为uL和和Ui之和,电感放之和,电感放电,电容充电。电,电容充电。电容足够大,输出端电容足够大,输出端电压电压Uo近似不变。近似不变。4升降压式变换器升降压式变换器工作原理:工作原理:S导通,导通,D截止,截止,L充电,负载充电,负载由由C提供电能;提供电能;S关断,关断,D导通,电感导通,电感放电,电容充电,电放电,电容充电,电容足够大,输出端电容足够大,输出端电压压Uo近似不变。近似不变。uL-UotUiTonToff因为电压因为电压uL的平均值等于的平均值等于0,所以,所以UoToff=UiTon,即即iiioff
4、onoU11UT)1(TUTTU Ui_+uLU0CDSL负载_+_+56.4 输入与输出隔离的直流变换器输入与输出隔离的直流变换器隔离式直流变换器基本原理是先将直流变换为交流,隔离式直流变换器基本原理是先将直流变换为交流,经变压器隔离后再经整流得到直流电,也称为间接直经变压器隔离后再经整流得到直流电,也称为间接直流变换器。流变换器。单端反激式单端反激式u1-U1tUiTonToffVMuoUiTDCRLu1N1N2变压器:变压器:U1/N1=Uo/N2变压器一次侧电压变压器一次侧电压u1平均值平均值为为0,所以,所以UiTon=U1Toff,即即ioffon12112oUTTNNUNNU i
5、U)1(n 是升是升/降压式直流变换器。降压式直流变换器。6单端:变压器铁心只有单一方向的磁通。单端:变压器铁心只有单一方向的磁通。反激:反激:VM导通时,没有将能量直接传输到负载,而是导通时,没有将能量直接传输到负载,而是由电感存储。由电感存储。单端正激式单端正激式uoTD1CRLN2D2LVMUiN1u2输出电压输出电压 Uo=TonU2/T=U2=Ui/n当当VM关断时,变压器磁场能量没有泄放回路,会产生关断时,变压器磁场能量没有泄放回路,会产生过压。过压。解决方法:附加绕组法、解决方法:附加绕组法、RCD钳位法、有源钳位法。钳位法、有源钳位法。u2tUoTonToff7VM导通时,导通
6、时,D3截止,截止,D1导通,变压器传输能量。导通,变压器传输能量。VMuoUiTD1CRLN3N2D2N1D3L附加磁复位附加磁复位绕组电路绕组电路VM截止时,截止时,D3导通,导通,D1截止,变压器能量回送电源。截止,变压器能量回送电源。VMUiT+i+ioUiTD3i+8 半桥式直流变换电路半桥式直流变换电路VM1导通时,导通时,VM2截止,直流电截止,直流电源经源经VM1、N1和和C2构成回路,构成回路,C2充电;充电;C1经经VM1、N1放电。放电。VM2导通时,导通时,VM1截止,截止,C2经经N1、VM2放电,直流电源经放电,直流电源经C1、N1、VM2构成回路,构成回路,C1充
7、电。充电。ugs1tugs2tu2tUiD1uoD2D3D4C1C2TN1LN2N2CRLVM1VM2u2ugs1ugs29适合于低电压、大电流场合的同步整流:适合于低电压、大电流场合的同步整流:应用专用应用专用P-MOSFET作为整流二极管,采用反向控制作为整流二极管,采用反向控制的方式工作,可有极低的导通电阻的方式工作,可有极低的导通电阻(m 级级)。MOSFET的反向控制方式:的反向控制方式:uGS为正,为正,uDS为负,管子导通。为负,管子导通。uoTD1CRLN2D2LVMuiN1栅极电压与整流电压同步。栅极电压与整流电压同步。单端正激式电路单端正激式电路uGS+uDS+GDS将将D
8、1、D2用用P-MOSFET管替换,可构成高频、低功耗管替换,可构成高频、低功耗电路。电路。10uoTCRLN2LVMuiN1VM1VM2同步整流:同步整流:VM导通,同时导通,同时VM1导通,导通,VM2关断;关断;VM关断,同时关断,同时VM1关断,关断,VM2导通。导通。uoCRLN2LVM1+iuoCRLN2LVM2+i117.1 概述概述逆变:直流变换成交流,分为有源逆变和无源逆变。逆变:直流变换成交流,分为有源逆变和无源逆变。变频:交交变频,交直交变频。变频:交交变频,交直交变频。逆变电路基本结构逆变电路基本结构 _+E1221_+utuE0_+E361452ABC三相逆变电路结构
9、三相逆变电路结构12负载交流电压波近似为矩形波,输出动态阻抗小。负载交流电压波近似为矩形波,输出动态阻抗小。直流侧电压极性不能改变,无功电流由二极管提供通直流侧电压极性不能改变,无功电流由二极管提供通路,所以每个晶闸管反并联二极管。路,所以每个晶闸管反并联二极管。同一桥臂上晶闸管不能同时导通,电流保护要求高。同一桥臂上晶闸管不能同时导通,电流保护要求高。逆变器的两种类型:电压源型和电流源型。逆变器的两种类型:电压源型和电流源型。电压源型,直流侧储能元件为电容;电压源型,直流侧储能元件为电容;Ud_+D1ZD4T1T4D3D2T3T2Ctiu13电流源型,直流侧储能元件为电感。电流源型,直流侧储
10、能元件为电感。Ud_+ZT1T4T3T2L电流型逆变器直流侧的电流方向不变,无需并联二极电流型逆变器直流侧的电流方向不变,无需并联二极管,管子保护容易,但对管子耐压有较高要求,输出管,管子保护容易,但对管子耐压有较高要求,输出矩形波电流,谐波电流大。矩形波电流,谐波电流大。需要解决的问题:需要解决的问题:(1)电压或电流为方波;电压或电流为方波;(2)一桥臂上一桥臂上的两个管子不能同时导通;的两个管子不能同时导通;(3)感性负载的滞后电流的感性负载的滞后电流的通路;通路;(4)晶闸管强迫关断。晶闸管强迫关断。tiu147.2 负载换流逆变器负载换流逆变器7.2.1 晶闸管的换流方式晶闸管的换流
11、方式换流是指电流从一个晶闸管转移到另一个晶闸管的过换流是指电流从一个晶闸管转移到另一个晶闸管的过程。涉及到晶闸管的关断问题。程。涉及到晶闸管的关断问题。晶闸管有三种换流方式:晶闸管有三种换流方式:(1)电网换流,利用交流电源周期性反向电压关断晶闸电网换流,利用交流电源周期性反向电压关断晶闸管,如可控整流电路,交流调压电路;管,如可控整流电路,交流调压电路;(2)负载换流,容性负载具有超前电流,当电流由正变负载换流,容性负载具有超前电流,当电流由正变负时,反向电流对晶闸管形成反压,便可关断晶闸管。负时,反向电流对晶闸管形成反压,便可关断晶闸管。tiut0iu+Z15(3)强迫换流,利用储能元件,
12、构成谐振电路,组成换强迫换流,利用储能元件,构成谐振电路,组成换流环节,换流时在晶闸管阳极加上反向脉冲电压,迫流环节,换流时在晶闸管阳极加上反向脉冲电压,迫使管子关断。使管子关断。采用强迫换流的晶闸管斩波器采用强迫换流的晶闸管斩波器C_+LRT2D1D2Ui_+idD3LdT1MUd_+换流电路包括换流电路包括T2、L、C、D1、D2。图中。图中R为预充电电为预充电电阻,在斩波器工作之前使阻,在斩波器工作之前使C上充上正向电压上充上正向电压uC=Ui。167.2.2 RLC串联谐振逆变器串联谐振逆变器Ui_+CD1RLD2D4D3T1T3T2T4BAC电路中,电路中,R、L为电感线圈,为电感线
13、圈,C为补偿电容,负载阻抗为补偿电容,负载阻抗为容性。为容性。RLC构成串联谐振电路,参数满足构成串联谐振电路,参数满足 。C/L2R 工作过程:工作过程:T1、T2导通,负载串联谐振,负载两端电压为正并保导通,负载串联谐振,负载两端电压为正并保持不变,电流产生衰减正弦振荡。负载电流反向时,持不变,电流产生衰减正弦振荡。负载电流反向时,T1、T2关断,关断,D1、D2导通续流。导通续流。T3、T4导通后谐振过程与此相同,只是电流反向。导通后谐振过程与此相同,只是电流反向。17振荡周期为振荡周期为T0,触发周期,触发周期Tg,应有,应有TgT0/2。itT0Tg0itT0=Tg0itT0Tg0不
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