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1、电力电子技术第三章第1页，此课件共36页哦3.1 DC-DC变换电路概述升压升压降压降压隔离型隔离型非隔离型非隔离型DC-DC变换电路变换电路升降压升降压第2页，此课件共36页哦3.1 DC-DC变换电路概述理想条件：理想条件：DC-DC变变换换电电路路由由理理想想元元件件构构成成，输输入入电电源源内内阻阻为为零零，输输出出端端接接有有足足够大的滤波电容。够大的滤波电容。基本原理：基本原理：稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内的平均值为零。稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内的平均值为零。稳态条件下电容电流在一个开关周期内的平均值为零。稳态条件下电容电流在一个开关周期内的平均值为零。第3页
2、，此课件共36页哦3.1 DC-DC变换电路概述控制方式控制方式1.定频调宽定频调宽 定定频频指指保保持持开开关关周周期期、工工作作频频率率不不变变，即即T=ton+toff恒恒定定，调调宽宽指指改改变变开开关关导导通通时时间间ton来来改改变变占占空空比比D，从从而而改改变变输输出出直直流流电电压压平平均均值值。称称为为脉脉宽宽调调制（制（PWM）。）。定宽调频定宽调频定定宽宽指指保保持持开开关关导导通通时时间间ton不不变变，调调频频指指调调节节开开关关工工作作周周期期T来来改改变变占空比占空比D，从而改变输出直流电压平均值。称为频率调制型（，从而改变输出直流电压平均值。称为频率调制型（P
3、FM）。）。第4页，此课件共36页哦3.1 DC-DC变换电路概述控制方式控制方式调频调宽调频调宽此此种种方方式式是是前前两两种种方方式式的的综综合合，开开关关导导通通时时间间ton与与开开关关工工作作频频率率f均均可可变变，控控制制比比较较复复杂杂。通通常常用用于于需需大大幅幅度度改改变变输输出出电电压压数数值值的的场场合。合。第5页，此课件共36页哦3.2 非隔离型DC-DC变换电路升压升压降压降压非隔离型非隔离型升降压升降压Sepic Cuk Zeta 第6页，此课件共36页哦3.2.1 降压斩波(Buck)电路平均直流输出电压低于直平均直流输出电压低于直流输入电压的变换电路称流输入电压
4、的变换电路称为降压为降压DC-DC变换电路变换电路。由全控型器件（如由全控型器件（如 IGBT）、二极管和）、二极管和LC低通滤波低通滤波器构成器构成。电感电流连续和电感电流电感电流连续和电感电流断续两种工作模式断续两种工作模式。第7页，此课件共36页哦3.2.1 降压斩波(Buck)电路主开关和二极管轮流导通。主开关和二极管轮流导通。主开关开通时，电感储能，电压为主开关开通时，电感储能，电压为Ui-Uo，电流上升；二极管续流，电流上升；二极管续流时，电感放电，电压为时，电感放电，电压为-Uo，电流衰减。，电流衰减。低通滤波器低通滤波器LC可减少输出电压、电流的脉动。可减少输出电压、电流的脉动
5、。第8页，此课件共36页哦3.2.1 降压斩波(Buck)电路负载电压平均值为负载电压平均值为式中，式中，ton为为S处于通态的时间；处于通态的时间；toff为为S处于断态的时间；处于断态的时间；T为开关周期；为开关周期；D为导通占空比。为导通占空比。输出电压范围输出电压范围：0Ui。忽略损耗忽略损耗在连续电流方式下，可看作一降压直流变压器。在连续电流方式下，可看作一降压直流变压器。第9页，此课件共36页哦3.2.2 升压斩波(Boost)电路平均直流输出电压高于直流平均直流输出电压高于直流输入电压的变换电路称为升输入电压的变换电路称为升压压DC-DC变换电路变换电路。0tton区间，区间，S
6、导通，导通，VD截截止，止，UL=Ui；tontT区间，区间，S截止，截止，VD导通续流，导通续流，电源与电感共电源与电感共同给负载供电，同给负载供电，UL=Ui-Uo。Uo第10页，此课件共36页哦3.2.2 升压斩波(Boost)电路忽略损耗，忽略损耗，在连续电流方式下，升压斩波电路等效于升压直流变压器，在连续电流方式下，升压斩波电路等效于升压直流变压器，可通过控制开关的占空比来连续控制。可通过控制开关的占空比来连续控制。第11页，此课件共36页哦3.2.2 升压斩波(Boost)电路负载电压平均值为负载电压平均值为由于由于0D时，电流断续，输出电压可控；时，电流断续，输出电压可控；时，电
7、流连续，电压完整、时，电流连续，电压完整、不可控，电流为滞后电压不可控，电流为滞后电压的正弦的正弦波。波。第18页，此课件共36页哦3.4.1.1 单相交流调压器时时在在t=a时刻开通时刻开通VT1，负载电流应满足如下方程和初始条件，负载电流应满足如下方程和初始条件解方程得解方程得式中式中,为晶闸管导通角。为晶闸管导通角。输出电流中含有正弦稳态分量与按指数规律衰减的自由分量。输出电流中含有正弦稳态分量与按指数规律衰减的自由分量。第19页，此课件共36页哦3.4.1.1 单相交流调压器时时利用边界条件：利用边界条件：t=a+时时io=0,可求可求得得以以为参变量，可将为参变量，可将a和和的关系用
8、右的关系用右图曲线表示。图曲线表示。移相范围：移相范围：第20页，此课件共36页哦3.4.1.1 单相交流调压器时负载电压有效值时负载电压有效值Uo为为=时时自由分量自由分量iS=0，导通角，导通角=180，正负半周电流处于临界状态；，正负半周电流处于临界状态；相当于晶闸管失去控制作用，电路失去调压作用。相当于晶闸管失去控制作用，电路失去调压作用。第21页，此课件共36页哦3.4.1.1 单相交流调压器时时VT1提前导通，负载提前导通，负载L被过充电，被过充电，其放电时间将延长，其放电时间将延长，VT1结束导结束导电时刻大于电时刻大于+，使，使VT2推迟开推迟开通，通，VT2的导通角小于的导通
9、角小于。io由两个分量组成，正弦稳态由两个分量组成，正弦稳态分量、指数衰减分量。分量、指数衰减分量。第22页，此课件共36页哦3.4.1.1 单相交流调压器带电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流电路交流侧电流带电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流电路交流侧电流波形一致，改变波形一致，改变可以改变负载电压有效值，移相范围为可以改变负载电压有效值，移相范围为0180。带电感性负载时，最小控制角带电感性负载时，最小控制角=，同时不能用窄脉冲触发，否，同时不能用窄脉冲触发，否则当则当时会发生一个晶闸管无法导通的现象。时会发生一个晶闸管无法导通的现象。第23页，此课件共36页哦a)星形联
10、结星形联结3.4.1.2 三相交流调压电路第24页，此课件共36页哦 b)线路控制三角形联结线路控制三角形联结 第25页，此课件共36页哦c)支路控制三角形联结支路控制三角形联结 第26页，此课件共36页哦d)中点控制三角形联结中点控制三角形联结第27页，此课件共36页哦3.4.1.2 三相交流调压电路星形联结电路星形联结电路三相三线时三相三线时至少有两个晶闸管导通才能构成回路，应采至少有两个晶闸管导通才能构成回路，应采用双脉冲或宽脉冲触发。用双脉冲或宽脉冲触发。和三相桥式全控整流电路的触发电路特点一和三相桥式全控整流电路的触发电路特点一样样，触发脉冲顺序为，触发脉冲顺序为VT1 VT6，依次
11、相差，依次相差60。相电压过零点定为相电压过零点定为a的起点。的起点。移相范围是移相范围是0 150。第28页，此课件共36页哦3.4.1.2 三相交流调压电路a)=30相电压过零关断当060 时，三管导通与 两管导通交替出现，每管导通180-第29页，此课件共36页哦3.4.1.2 三相交流调压电路b)=60当6090任 意 时 刻 两 管 导通，每 管 导 通120后导通管使先导通管承受反压而关断第30页，此课件共36页哦3.4.1.2 三相交流调压电路b)=120当90150，两管导通与无管导通交替出现，负载电压断续，每个波头宽度为150。线电压过零关断当150时输出电压为0第31页，此
12、课件共36页哦3.4.2 交流调功电路交流调功电路与交流调压电路电路形式完全相同，调节对象不同交流调功电路与交流调压电路电路形式完全相同，调节对象不同调节输出功率调节输出功率；控制方法不同；控制方法不同周波控制。周波控制。周波控制：周波控制：将负载与交流电源接通几个整周波，再断开几个整周波，将负载与交流电源接通几个整周波，再断开几个整周波，通过改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。通过改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。在交流电源接通期间，负载电压电流都是正弦波，不对电网电压电流在交流电源接通期间，负载电压电流都是正弦波，不对电网电压电流造成谐波污染。造成谐波污染。第32
13、页，此课件共36页哦3.4.2 交流调功电路设控制周期为设控制周期为M倍电源周倍电源周期，其中晶闸管在前期，其中晶闸管在前N个周个周期导通，后期导通，后MN个周期关个周期关断。断。电阻负载时，负载电流波形电阻负载时，负载电流波形和负载电压波形相同。和负载电压波形相同。第33页，此课件共36页哦3.4.2 交流调功电路TC为设定的控制周期，它是工频周期的为设定的控制周期，它是工频周期的M倍，倍，N为控制周期内导通为控制周期内导通周波数，则调功器的周波数，则调功器的输出电压有效值和输出功率分别为输出电压有效值和输出功率分别为式中，式中，Pmax、Ui分别为在设定周期分别为在设定周期TC内全部周波导
14、通时，装置输出功率和内全部周波导通时，装置输出功率和电压有效值。因此改变导通周波数电压有效值。因此改变导通周波数N即可改变输出电压和功率。即可改变输出电压和功率。第34页，此课件共36页哦3.4.3 交流电力电子开关把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关。通断控制通断控制固态开关：是一种没有机械运动，不含运动零件的开关，全部由固态固态开关：是一种没有机械运动，不含运动零件的开关，全部由固态电子元件组成的无触点开关元件。电子元件组成的无触点开关元件。利用磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率电力电子器件的开关利用磁和光特
15、性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率电力电子器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。无触点、无电弧、无噪声、无损耗、无疲劳、寿命长、无触点、无电弧、无噪声、无损耗、无疲劳、寿命长、切换速度快，可切换速度快，可从几毫秒至几微妙。从几毫秒至几微妙。造价高，过载能力和抗干扰能力差。造价高，过载能力和抗干扰能力差。第35页，此课件共36页哦3.4.3 交流电力电子开关是构成是构成TSC（晶闸管投切电容器）的核心器件。（晶闸管投切电容器）的核心器件。与机械开关相比与机械开关相比响应速度快响应速度快 没有触点没有触点寿命长寿命长可以频繁控制通断可以频繁控制通断与交流调压电路的区别与交流调压电路的区别并不控制电路的输出电压、功率并不控制电路的输出电压、功率只是根据需要控制电路的接通和断开只是根据需要控制电路的接通和断开控制频度通常比交流调功电路低得多控制频度通常比交流调功电路低得多触发角小于阻抗角触发角小于阻抗角第36页，此课件共36页哦