电力电子技术 王兆安第五版 第5章.ppt

第五章直流斩波电路,5.1基本斩波电路1降压斩波电路2升压斩波电路3升降压斩波电路5.2复合斩波电路1电流可逆斩波电路2桥式可逆斩波电路,直流斩波电路①将直流电变为另一固定电压或可调电压的变换电路,也称为直流-直流变换器②一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流交流直流,斩波方式①周期T不变，改变导通时间Ton调宽②导通时间Ton不变，改变周期T调频③T,Ton都改变混合调制,斩波器分类※降压斩波器，升压斩波器，复合斩波器,5.1.1降压斩波电路,一工作电路,IGBT,若为晶闸管，须有关断辅助电路,续流二极管,负载出现的反电动势,5.1基本斩波电路,（二）工作原理,①电流连续,②电流断续,动态演示,（1）电流连续,①V为通态期间，设负载电流为i1，有,设此阶段电流初值为I10，L/R，解上式得,（三）数量关系分析－从电路理论角度推导,瞬态分析,②V为断态期间，设负载电流为i2，有,设此阶段电流初值为I20，解上式得,,,且I10＝i2t2，I20i1t1，代入,,上式表示了平波电抗器L为无穷大，负载电流完全平直时的负载电流平均值Io，此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。,tonV通的时间toffV断的时间a--导通占空比,平均值分析,（2）电流断续,I100，且ttontx时，i20代入上,,电流断续的条件,,瞬态分析,平均值分析,在降压斩波电路中，E＝110V，L1MH，R0.25Ω，Em11V，T2500us,ton1000us,计算负载电流平均值Io，负载平均电压Uo,计算负载电流的最大值，最小值。,,,,典型例题,解题步骤①根据式判断电流是否连续。②由判断决定Uo,Io的计算方法。③根据瞬时分析公式计算电流的最大值，最小值,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EI0ton,在整个周期T中，负载消耗的能量为RI02TEMI0T,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,,,,,（三）数量关系分析－从能量传递角度推导,I1为电源电流平均值,5.1.2升压斩波电路,（一）工作电路,储存电能,保持输出电压,（二）工作原理及动态演示,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EI1ton,（三）数量关系直接从能量角度分析）,稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等EI1tonU0-EI1toff,V断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断开的时间为toff，则此期间电感L释放能量为U0-EI1toff,,T/toff1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路,T/toff升压比；,升压比的倒数记作，即,和的关系,因此，U0可表示为,以上分析中，认为V通态期间因电容C的作用使得输出电压Uo不变，但实际C值不可能无穷大，在此阶段其向负载放电，Uo必然会有所下降，故实际输出电压会略低。,根据电路结构分析输出电流的平均值Io为,如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即,※与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看成是直流变压器。,则电源电流的平均值I1为,（四）升压斩波电路典型应用（直流电机传动）,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实际电路中电感L值不可能为无穷大，因此也有电流连续和断续两种工作状态,此时电机的反电动势相当于右图中的电源，而此时的直流电源相当于右图中的负载。由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。,工作原理,当电枢电流断续时,当t0时刻i1I100，当tt2时，i20，得,,--------电流断续的条件,5.1.3升降压斩波电路,一）原理图,（二）工作原理,V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路.,※动态演示,稳态时，一个周期T内电感储存的能量等于释放的能量,（三）数量关系,结论,改变导通比a，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0a1/2时为降压，当1/2a1时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。,其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。,复合斩波电路,5.2复合斩波电路,降压斩波电路和升压斩波电路的组合构成,（1）电流可逆斩波电路※,（2）桥式可逆斩波电路,5.2.1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动运行，又可再生制动,可通过电流可逆斩波电路来实现.电流可逆斩波电路由降压斩波电路和升压斩波电路复合而成.,原理图,电流可逆斩波电路,V1和VD1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1象限,分析,V2和VD2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2象限,必须防止V1和V2同时导通而导致的电源短路,,只作降压斩波器运行时，则V2和VD2总处于断态；只作升压斩波器运行时，则V1和VD1总处于断态；第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斩波电路工作,电流可逆斩波电路电枢电流可逆，两象限运行，但电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制动的场合（即四象限运行），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，成为桥式可逆斩波电路.,5.2.2桥式可逆斩波电路,使V4保持通时，等效为一电流可逆斩波电路，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.,本章重点介绍了两种基本斩波电路，要求理解降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理，掌握这两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点。要求掌握复合斩波电路的工作原理及电压电流波形。,本章重点,