3.3 复合、多相多重
电力电子技术期末考试试题及答案(1)
电力电子技术试题第 1 章电力电子器件1.电力电子器件一般工作在 __开关__状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为 __通态损耗 __，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为 __开关损耗 __。
3.电力电子器件组成的系统，一般由 __控制电路 __、_驱动电路 _、 _主电路 _三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加 _保护电路 __。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为 _单极型器件 _ 、 _双极型器件_ 、_复合型器件 _三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为 _承受正向电压导通，承受反相电压截止 _。
6.电力二极管的主要类型有 _普通二极管 _、_快恢复二极管 _、 _肖特基二极管 _。
7. 肖特基二极管的开关损耗 _小于快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为__正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。
9.对同一晶闸管，维持电流 IH与擎住电流 IL 在数值大小上有 IL__大于__IH 。
10.晶闸管断态不重复电压 UDSM与转折电压 Ubo数值大小上应为， UDSM_大于 __Ubo。
11.逆导晶闸管是将 _二极管_与晶闸管 _反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。
12.GTO的__多元集成 __结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的 _截止区 _、前者的饱和区对应后者的 __放大区 __、前者的非饱和区对应后者的 _饱和区 __。
14.电力 MOSFET的通态电阻具有 __正 __温度系数。
15.IGBT 的开启电压 UGE（th ）随温度升高而 _略有下降 __，开关速度 __小于__电力 MOSFET。
16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为 _电压驱动型 _和_电流驱动型_两类。
斩波电路
0
TT
t
定频调宽控制（ PWM）
1、时间比例控制方式
（2）定宽调频控制也称为脉冲频率控制（PFM）。此控制 方式中定宽也就是指斩波电路的开关元件导通时间固定不 变，调频是指通过改变开关元件的通断周期 T来改变导通 比，从而改变输ton ? 常值
0
t
T1
T2
T3
定宽调频控制（PFM）
■间接直流变流电路 ◆在直流变流电路中增加了 交流环节。 ◆在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为直 —交— 直电路。
斩波电路（ DC Chopper ）
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/DC Converter）。 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-直流变流电路（DC/DC Converter ）包括直接直流变流电路和间接直流变 流电路。
■直接直流变流电路 ◆也称斩波电路（DC Chopper ）。 ◆功能是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/DC Converter） ◆一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。 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。
功能：DC
DC ' U=固定值 或U
如何改变直流电压？
1、干电池、蓄电池串联使用；
（低电压、小容量且不连续改变）
2、串入可变电阻调节；
VL ? ?? RL ??E ? RL ? R ?
E
应用：电力机车等
R+ V–L RL
缺点：串电阻损耗大。
4DC-DC
iGE
0
io
I1
0 b) 波形
图3-2 升压斩波电路及工组波形
3.1.2
数量关系
升压斩波电路
设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为 EI1ton 设V断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为U o E I1toff 稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等： EI1ton (Uo E) I1toff （3-20）
T
0
iC d t 0
（3-45）
优点（与升降压斩波电路相比）：
ton ton E E E toff 流和输出负载电流都是连续的，且脉动很 小，有利于对输入、输出进行滤波。
3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
电路结构
Speic电路原理
t I1 on I2 t off
（3-42）
i1 IL t ton toff
toff 1 （3-43） i o 2 I2 I1 I1 由上式得： IL ton
EI1 U o I 2
（3-44）
o
b)
t
其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。
3.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
此种方式应用 最多
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。
第2章2.1节介绍过：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
a) uo E uo E
O i
t i1 I 10 I 20 toff T b) i2 I 10 t
乳剂的分类
乳剂的分类乳剂是一种由两种或多种互不相溶的液体组成的混合物，其中一种液体以微小的颗粒形式悬浮在另一种液体中。
乳剂被广泛应用于医药、农业、化妆品等领域，因其稳定性好、易于使用和传递等特点而备受青睐。
根据乳剂中悬浮液体的性质和用途，可以将乳剂分为不同的分类。
1. 按照乳化剂类型分类1.1 离子型乳剂离子型乳剂是指其中至少一个液体为电解质溶液，并且含有离子表面活性剂（如阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂）。
离子型乳剂分为阴离子型和阳离子型两类。
1.1.1 阴离子型乳剂阴离子型乳剂中，悬浮相为带负电荷的颗粒，常见的阴离子表面活性剂有硫酸盐、磺酸盐等。
这类乳剂常用于农药、染料、涂料等领域。
1.1.2 阳离子型乳剂阳离子型乳剂中，悬浮相为带正电荷的颗粒，常见的阳离子表面活性剂有胺盐、季铵盐等。
这类乳剂常用于纸张涂料、纺织品加工等领域。
1.2 非离子型乳剂非离子型乳剂中，悬浮相和连续相均为非电解质溶液，其中至少一个为非离子表面活性剂。
这类乳剂在医药、化妆品等领域得到广泛应用。
1.3 复合型乳剂复合型乳剂是指由两种或多种不同类型的表面活性剂组成的混合物。
这类乳剂能够兼顾不同类型表面活性剂的特点，提高稳定性和使用效果。
2. 按照悬浮液体性质分类2.1 水包油（W/O）乳剂水包油乳剂是指水相悬浮在油相中的乳液。
水包油乳剂常见于化妆品、药物等领域，可以提供保湿、滋润的效果。
2.2 油包水（O/W）乳剂油包水乳剂是指油相悬浮在水相中的乳液。
油包水乳剂常见于食品、农药等领域，可以增加产品的稳定性和溶解度。
2.3 多重乳剂多重乳剂是指由多个连续相和悬浮相组成的复杂乳液。
这类乳剂具有更高的稳定性和特殊的功能性，常用于高端化妆品、药物传递等领域。
3. 按照应用领域分类3.1 医药乳剂医药乳剂是指应用于医药领域的乳剂，常用于口服液、注射液等制剂中。
医药乳剂能够提高药物的溶解度和生物利用度，增加悬浮稳定性。
3.2 农业乳剂农业乳剂是指应用于农业领域的乳剂，常用于农药制剂中。
第一节：基本斩波电路
二．DC — DC 变换的分类
● ●
三．直流斩波电路的基本电路 1．降压斩波电路 4．Cuk 斩波电路 2．升压斩波电路 5．Sepic 斩波电路 3．升降压斩波电路 6．Zeta 斩波电路
其中前两种是最基本的电路； 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； 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； 相同结构基本斩波电路组合；
综合式（3-4）（3-6）（3-7）（3-8）可得： ）（3 ）（3 ）（3 可得：
et1 /τ −1 E E eαρ −1 E M − I10 = T /τ = ρ −m R e −1 R R e −1
1−e−t1 /τ E EM 1−e−αρ E − I20 = = −m R 1−e−T /τ R R 1−e−ρ
3.1.2 升压斩波电路
一．升压斩波电路的基本原理
假设升压电感 L 值很大，C 值也很大，能够维持其输出电压 u0 不变 值很大， 值也很大，
1．在 V 导通期间 E 向 L 充电，充电电流恒为 I1 ，同时 C 上的电压向负载供电； 充电， 上的电压向负载供电； 因 C 值很大， 输出电压 u0 为恒值， 值很大， 为恒值， 记为 Uo ；
三．升压斩波电路的能量传递 1．忽略电路中的损耗， 忽略电路中的损耗， 则由电源 E 提供的能量全部由负载 R 消耗，即： 消耗， 该式表明： 该式表明：
EM
二．降压斩波电路的参数关系
1．电流连续时负载电压平均值
E
V
L
io
R +
iG
VD uo
M EM
-
电力电子技术(简答,大题,选择填空)
简答题1. 使晶闸管导通的条件是什么?答：使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲).或：u AK>0且u GK>0.2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流.要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
3.多相多重斩波电路有何优点？答：多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路,使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、脉动幅度减小，对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。
此外，多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波单元之间互为备用，总体可靠性提高.4．交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？答：一般来讲，构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，最高输出频率就越高。
当交交变频电路中采用常用的6脉波三相桥式整流电路时，最高输出频率不应高于电网频率的1/3～1/2错误!未找到引用源。
当电网频率为50Hz时，交交变频电路输出的上限频率为20Hz左右。
当输出频率增高时,输出电压一周期所包含的电网电压段数减少，波形畸变严重，电压波形畸变和由此引起的电流波形畸变以及电动机的转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。
5．试说明PWM控制的基本原理。
答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术.即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理6.1什么是异步调制？主要特点答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制.在异步调制方式中，通常保持载波频率f c 固定不变，因而当信号波频率f r变化时，载波比N是变化的.异步调制的主要特点是：在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。
电力电子技术直流斩波电路
a) Sepic斩波电路
输入输出关系：
b) Zeta斩波电路
Uo
ton toff
E ton T ton
E 1
E图3-6（S3e-p4ic9斩）波电路和Zeta斩波电路
电源电压与输出电压极性相同
23
3.1.4 Sepic斩波电路和 ZeVt处a斩于波通Z态电期e路间t原a，理斩电源波E经电开关路
i
i
1
2
续旳时间tx，即 ton
tx
1 me ln
1 m
I
20
O
t
onttt1来自x2t
t
off
T
c)
tx<t0ff
图3-3 用于直流电动机回馈能 量旳升压斩波电路及其波形
m
1 e b 1 e
--------电流断续旳条件
16
升降压斩波电路和Cuk斩波电路
1）升降压斩波电路 (buck -boost Chopper)
分V处于通态和处于断态 初始条件分电流连续和断续
7
一样能够从能降量传压递斩关系波出发电进路行旳推导 假定L为无穷大，负载电流Io维持不变（详见P101－102） 电源只在V处于通态时提供能量，为 EIoton 在整个周期T中，负载消耗旳能量为 RIo2T EM IoT
一周期中，忽视损耗，则电源提供旳能量与负载消耗旳能量相等。
V向电感L1贮能。
V关断后，L1－VD－C1构成振
荡回路， L1旳能量转移至C1，
能量全部转移至C1上之后，VD
b) Zeta斩波电路
关断，C1经L2向负载供电。
输入输出关系：
Uo
1
E
图3-6 Sepic斩波电路 和 Zeta斩波电路 （3-50）
直流斩波电路
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34
u1正半周：V1导通输出电压，V1关断时， V3续流；
u1负半周：V2导通；V2关断 时，V4续流。 可通过改变占空比α调节输出电压的大小。
通过谐波分析可知，电源电流中不含有低次 谐波，只含有和开关周期T成反比的高次谐波， 这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除。电路的
第三章 直流斩波电路
将电压恒定不变的直流电变为电压 大小可调的直流电称为直流斩波。
常用的直流斩波电路包括：降压斩 波电路、升压斩波电路、升降压斩波电 路等，前两种电路应用广泛，而且是其 他斩波电路的基础。
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1
3 . 1 基本斩波电路
3．1．1 降压斩波电路
斩波电路的基本用途是拖动直流电动机， 也可带蓄电池负载，总之负载中都有反电势。
图示电路是三相三重斩波电路，由三个降压斩波 电路并联构成，总输出电流为三路电流之和。三个单 元电流的脉动幅值互相抵消，使总的输出电流脉动幅 值变的很小。所需平衡电抗器的重量减小。
此外采用多重多相电路还可使电路的可靠性提高， 当一路出现故障时，其余单元可继续运行。
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25
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26
第四章 交流控制电路和交交变频电路
时将机械能回馈电源； 当电流降为零后，使V2 V3导通，为电动机提供反向
电压电机反转，为反向电动运行； 当V2 V3关断时，电枢电流需经过VD2 VD3续流，同
时将机械能回馈电源； 此电路应防止V1 V2或V3 V4同时导通，否则会
出现短路现象。
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24
3．2．3 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 结构相同的基本斩波电路而构成的如图。
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多相多重斩波电路有何优点？
多相多重斩波电路有何优点？
多相多重斩波电路是一种通过将多个单相逆变器按一定相位差连结的方式来实现多电平输出的逆变器结构。
它具有以下几个优点：
1.降低功率器件的压力：与单相逆变器相比，多相多重斩波
电路将输入功率分摊到多个相位的电路中，可以减小每个
器件所需的功率容量。
这可以降低逆变器中功率器件的电
流和电压压力，提高系统的可靠性和寿命。
2.减小谐波含量：多相多重斩波电路采用多个相位进行逆变，
使输出电压在时间和幅度上更接近于正弦波。
相位间的错
位可以有效抵消谐波分量，从而降低输出电压的谐波含量。
这可使输出波形更接近理想的正弦波，并减小对负载设备
的干扰。
3.提高输出电压精度：多相多重斩波电路通过调整不同相位
的逆变器工作状态，可以实现更多的输出电平。
这样可以
增加输出电压的分辨率，提高逆变器的输出电压精度。
4.提高系统容量和功率密度：通过在多相多重斩波电路中增
加逆变器的相位数，可以提高逆变器的功率容量。
这使得
多相多重斩波电路适用于需要高功率输出的应用，如大型
电机驱动、电网无功补偿等。
此外，由于减小了单相逆变
器所需的部分电路，多相多重斩波电路可以在给定空间内
实现更高的功率密度。
总的来说，多相多重斩波电路通过分摊器件压力、降低谐波含量、提高输出精度和提高功率密度，为高功率和高性能的逆变器应用提供了一种优化的解决方案。
斩波电路(BULK,BOST)
输出电流的平均值Io为：
Io
Uo R
1
b
E R
电源电流的平均值Io为：
I1
Uo E
Io
1
b2
E R
(3-25) (3-26)
3.1.2 升压斩波电路
2) 升压斩波电路典型应用
一是用于直流电动机传动 二是用作单相功率因数校正（PFC）电路 三是用于其他交直流电源中
用于直流电动机传动
再生制动时把电能回馈
V
E
iG
L io R VD uo
a) 电路图
iG
t on
t off
O
T
io i1
i2
+
M EM
-
t
t=t1 时 控 制 V 关 断 ， 二 极 管 VD 续流，负载电压uo近似为零，
I10
O uo
E
I 20 t1
t
负载电流呈指数曲线下降。 O
t
b)电流连续时的波形
iG
通常串接较大电感L使负载电 流连续且脉动小。
3.2.1 电流可逆斩波电路
电路结构
V1和VD1构成降压斩波电路，电动机 为电动运行，工作于第1象限。
V2和VD2构成升压斩波电路，电动机 作再生制动运行，工作于第2象限。 uo
a) 电路图
必须防止V1和V2同时导通而导致的电
t
源短路。
io iV1
iD1
工作过程（三种工作方式)
iD2
iV2
t
b)
图3-7 电流可逆斩波电路及波形
to n
tx
ln
1 me 1 m
tx<t0ff
u
o
E
第二节：复合斩波电路和多相多重斩波电路
3.2.3 多相多重斩波电路
一．多相多重斩波电路的组成
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； 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； 1．相数 ：一个控制周期中电源侧的电流脉波数； 一个控制周期中电源侧的电流脉波数； 2．重数 ：负载电流的脉波数； 负载电流的脉波数；
★ ★
电机电动运行时，V1 和 VD1 组成降压斩波电路；电机工作于第 1 象限； 电机电动运行时， 组成降压斩波电路； 象限； 电机发电制动时，V2 、VD2 组成升压斩波电路；电机工作于第 2 象限； 组成升压斩波电路； 象限； 电机发电制动时，
V
1
VD
E V2
VD
2
L
R
io
1
uo
M
EM
二．电流可逆斩波电路的工作过程
V1
uo
VD
2
V3
E
V2
L
R io
VD 4
M
EM
VD 1
+
V4
VD 3
图3-8 桥式可逆斩波电路
一．单极性控制方式
1．V4 保持常通：等效为图3-7a 所示的电流可逆斩波电路，向电机 保持常通：等效为图3 所示的电流可逆斩波电路， 提供正电压， 象限、 正转电动或 提供正电压，使电动机工作于第 1、2 象限、即正转电动或正转 再生制动状态； 再生制动状态； 2．V2 保持常通：V3、VD3 和 V4、VD4 等效为又一组电流可逆斩波 保持常通： 电路，向电动机提供负电压，使电动机工作于第 象限； 电路，向电动机提供负电压，使电动机工作于第 3、4 象限； 3．采用单极性控制模式，即一个周期内输出电压的极性只有一种； 采用单极性控制模式，即一个周期内输出电压的极性只有一种；
第3章DCDC变换电路
3.2.3 升降压变换电路 —— Buck-boost电路
在ton期间，开关管T导通，二极管D反偏而关断，滤波电容C向负载提供能量
Ud
L
I2 I1 ton
L I L ton
L
ton
Ud
I L
在toff期间，开关管T关断。由于电感L中的电流不能突变，L上产生上负下正的 感应电动势，当感应电动势大小超过输出电压Uo时，二极管D导通，电感经D向C和 R反向放电，使输出电压的极性与输入电压相反
Ud
电感电流临界连续时的负载电流平均值为
I ok
DTS 2L
Ud
当实际负载电流Io >Iok时，电感电流连续。 当实际负载电流Io =Iok时，电感电流处于临界连续状态。 当实际负载电流时Io <Iok，电感电流断续。
2L D(1 D) RTS 2L
D(1 D) RTS
2L D(1 D) RTS
3.1 直流PWM控制技术基础
3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念
如图基本的直流变换电路，当 开关管T在ton时间接通时，电流 id经负载电阻R流过，R两端就 有电压uo；开关管T在toff时间断 开时，R中电流io为零，电压uo 也就变为零
定义上述电路中占空比D为
D ton ton Ts ton toff
2．直流PWM波形的生成方法
生成PWM波形有多种方法，常见有计算法、调制法等。计算法是在每个时间 段，利用计算机技术直接计算出当前所需要的脉冲宽度，进而据此对电力电子器 件进行开关控制而获得PWM波形。调制法是利用高频载波信号与期望信号相比较 来确定各脉冲宽度信息进而生成PWM波形。 如图所示：
返回
流电源US，电动机作为发电机将原动机的机械能转换为电能经斩波器送至直流电 源US。斩波器的T4、D3构成一个升压斩波器。
第5章复习题答案
第5章 直流-直流变流电路填空题：1.直流斩波电路完成的是直流到_另一固定电压或可调电压的直流_的变换。
2.直流斩波电路中最基本的两种电路是_降压_和_升压_。
3.斩波电路有三种控制方式：_脉宽调制_、_调频型 和_混合型_。
4.升压斩波电路的典型应用有_直流电动机传动_和_单相功率因数校正电路_等。
5.升降压斩波电路呈现升压状态的条件为_1/2<α<1_。
6.与Cuk 斩波电路电压的输入输出关系相同的有_升降压斩波_电路、_Sepic 斩波__电路和_Zeta 斩波__电路。
7.Sepic 斩波电路和Zeta 斩波电路具有相同的输入输出关系，所不同的是：_Sepic 斩波电路_的电源电流连续但负载电流断续，__Zeta 斩波电路_的电源电流断续而输出电流连续的，但两种电路输出的电压都为__正___极性的 。
8.斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第_1_象限，升压斩波电路能使电动机工作于第__2___象限，_电流可逆斩波_电路能使电动机工作于第1和第2象限。
9.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第__1、2、3、4__象限。
10.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个_降压_斩波电路和一个_升压_斩波电路的组合；多相多重斩波电路中，3相3重斩波电路相当于3个_降压__斩波电路并联。
计算题：11.在升压斩波电路中，设E ＝100V ，R ＝250Ω，全控器件导通占空比为0.8，C ＝∞。
(1)计算输出电压平均值Uo ，输出电流平均值Io 。
)(500100511o V E U =⨯=-=α，）（A RU I 2250/500o o === (2)计算输入输出功率。
)(102100/500o o 1A I E U I =⨯==输入输出功率相等为W I U EI P o o 10001010011=⨯===12.如图所示降压斩波电路，设输入电压为200V ，电感L 是100mH, 电容C 无穷大，输出接10Ω的电阻，电路的工作频率是50kHz ，全控器件导通占空比为0.5，求：输出直流电压U o ，输出直流电流I o 。
3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路
3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路复合斩波电路——降压斩波电路和升压斩波电路的组合构成多相多重斩波电路——相同结构的基本斩波电路组合构成3.2.1 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✧✧降压斩波电路拖动直流电动机时，如图3-1所示，电动机工作于第1象限✧✧图3-3所示的升压斩波电路中，电动机则工作于第2象限✧✧电流可逆斩波电路：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，但电压只能是一种极性，故其可工作于第1象限和第2象限图3-7 电流可逆斩波电路及其波形 a ） 电路图 b ） 波形✧ ✧ V 1和VD 1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 ✧ ✧ V 2和VD 2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b)E M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，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，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。
以图3-7b为例说明。
在一个周期内，电枢电流沿正、负两个方向流通，电流不断，所以响应很快。
3.2.2 桥式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，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✧✧使V4保持通时，等效为图3-7a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象限图3-8桥式可逆斩波电路3.2.3 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的基本斩波电路而构成的相数——一个控制周期中电源侧的电流脉波数重数——负载电流脉波数示例：图3-9，3相3重降压斩波电路✧✧相当于由3个降压斩波电路单元并联而成，总输出电流为3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3倍，脉动频率也为3倍✧ ✧ 由于3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 ✧ ✧ 总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比 ✧ ✧ 和单相时相比，设输出电流最大脉动率一定时，所需平波电抗器总重量大为减轻当上述电路电源公用而负载为3个独立负载时，则为3相1重斩波电路 而当电源为3个独立电源，向一个负载供电时，则为1相3重斩波电路 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a)L ob)图3-9多相多重斩波电路及其波形a）电路图b）波形。
直流斩波电路
U0
1
E
1
1a
E
9
2 升压斩波电路的典型应用
• 一是用于直流电动机传动
• 二是用作单相功率因数校正 （PFC）电路
• 三是用于其他交直流电源中
L
VD
M
EM
V uo
E
a)
uo
E
uo
E
O
t
O
t
i
i1
i2
io
I10
I20
I10
i1
i2
I20
O
ton
toff
T
t
O
ton
t 1 tx
t2
t
t off
T
b)
c)
图3-3 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
10
3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电 路
第3章 直流斩波电路 （DC/DC变换）
直流斩波电路有时也称为直流-直流变换器。它是将 一种一种直流电压等级转变为另一种电压等级，或固定 为某一电压等级。
3.1 基本斩波电路 3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路
1
3.1 基本斩波电路
3.1.1 降压斩波电路 3.1.2 升压斩波电路 3.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩 波电路 3.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波 电路
i1(t)dt
0
tx 0
i2
(t)dt
第二节：复合斩波电路和多相多重斩波电路
V1
L
i1 i2 i3
VD2 VD1
L1 L2 L3
M
V2 V3
io
E
C
VD 3
uo u1
u3
u2
二．3 相 3 重降压斩波电路
1．由3个相同的降压斩波单元电路并联而成； 个相同的降压斩波单元电路并联而成 并联而成； 2．输出电流为 3 个斩波电路单元输出电流之和，其值为单元输出 个斩波电路单元输出电流之和， 电流平均值的 3 倍，脉动频率也为 3 倍； 3．由于 3 个单元电流的脉动幅值互相抵消，使总的输出电流脉动 个单元电流的脉动幅值互相抵消， 幅值变得很小； 幅值变得很小；
1．作降压斩波器运行：V1 采用 PWM 控制方式，V2 和 VD2 总处于断态 作降压斩波器运行： 控制方式，
V1 E VD2 V 2 VD1 L R io
M
uo
O
uo
EM
io
O
i V1
iD1
t
t
a) 电路图
b) 波形
பைடு நூலகம்
2．作升压斩波器运行：V2 采用 PWM 控制方式，V1 和 VD1 总处于断态 作升压斩波器运行： 控制方式，
v1和和v2均采用pwm控制方式二者互补控制即任何时刻总有一个电力电子器件导通ttoouoioiv1id1iv2id2elv1vd1uoiov2vd2emmra图337电流可逆斩波电路及其波形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
V1
L
i1 i2 i3
VD2 VD1
L1 L2 L3
M
V2 V3
io
E
C
电力电子技术-复合斩波电路和多相多重斩波电路 直流可逆PWM系统
电力电子技术
直流－直流变换器(4)
3相3重降压斩波电路
电路结构：相当于由3个降压
u1
斩波电路单元并联而成。
O
u2
总输出电流为 3 个斩波电路单元输 O 出电流之和，其平均值为单元输出 u 3
O
电流平均值的3倍，脉动频率也为3 u o
倍。
O
i1
总的输出电流脉动幅值变得很小 。
O i2
所需平波电抗器总重量大为减轻。
z 可逆斩波电路有两种结构型式： T型斩波电路） H型（桥式）斩波电路；
z 可逆斩波电路有两种工作模式： 双极模式 单极模式
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电力电子技术
直流－直流变换器(4)
3.4.1. T型双极式可逆斩波电路
• 两个可控功率开关V1、V2； • 两个功率二极管VD1、VD2； • 两个电源＋Us、－Us； • 四个电流回路。
电力电子技术 第12讲
3 直流－直流变换器（4）
直流－直流变换器(4)
本讲是 第3章 直流－直流变换器 的第4讲，上3讲的主要内容是： 3.1 降压斩波电路 3.2 升压斩波电路 基本斩波电路的仿真实验
在此基础上本讲将学习由基本斩波电路组合而成的斩波电路 3.3 复合斩波电路和多相多重斩波电路 复合斩波电路：不同类型的基本斩波电路的组合 多相多重斩波电路：相同类型的基本斩波电路的组合
• Ton<T/2， 电枢电压平均值Ua＝UAB<0， 平均电流Ia<0，电机反转。
电动机反转时波形
文件: 电力电子技术12.13
电力电子技术
直流－直流变换器(4)
z T型双极式可逆斩波电路的特点和应用
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相当于由3 相当于由3个降压斩波电路单 元并联而成. 并联而成 而成. 总输出电流为3 总输出电流为3个斩波电路单 元输出电流之和，其平均值为 元输出电流之和， 单元输出电流平均值的3 单元输出电流平均值的3倍，
t
t
t
t
t
t
输出电压平均值与每个单元 输出电压平均值与每个单元 输出电压平均值相同。 输出电压平均值相同。 各斩波电路单元可互为备用
T2和D1处于断态；T1和D2构成降压斩波电路，由电源向直 处于断态； 构成降压斩波电路， 流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第Ⅰ象限 流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第Ⅰ T1和D2处于断态，T2和D1构成升压斩波电路，把直流电动机的 构成升压斩波电路， 动能转变为电能反馈到电源，电动机作发电制动运行，工作于第 动能转变为电能反馈到电源，电动机作发电制动运行， Ⅱ象限
3.2 桥式可逆斩波电路 桥或4象限斩波电路） （H桥或4象限斩波电路）
3.2
桥式可逆斩波电路（ 桥或4象限斩波电路） 桥式可逆斩波电路（H桥或4象限斩波电路）
电动机进行正 电动机进行正、反
VD 4 M EM
V1 E V2 VD 1 VD 2
A
uo L R io
V3
B
转以及可电动 转以及可电动又可 电动又可 制动时 制动时，须将两个 电流可逆斩波电路 组合起来，分别向 组合起来， 电动机提供正向和 反向电压，即成为 反向电压， 桥式可逆斩波电路
多相多重斩波电路
同的基本斩波电路而构成
在电源和负载之间接入多个结构相
斩波电路相数 斩波电路相数
数
一个控制周期中电源侧的电流脉波 负载电流脉波数
斩波电路重数 斩波电路重数
3相3重斩波电路图
●电源电流is是三个开关器件通态时电流瞬时值之和，故电 电源电流i 是三个开关器件通态时电流瞬时值之和，
源电流i 在一个开关周期T中脉动3 源电流is在一个开关周期T中脉动3次，is的脉动频率f=3fs 的脉动频率f=3
DC/DC变换器 DC/DC变换器 总结
上表汇集了Buck, 上表汇集了Buck, Boos, Cuk (Boost一Buck)以及Buck一 (Boost一Buck)以及 以及Buck一 Boost四种 Boost四种DC/DC变换器的基本特性。 四种DC/DC变换器的基本特性 变换器的基本特性。 实际应用中 首先应根据输入、 ● 首先应根据输入、输出的数值及其变化范围确定占 空比D的变化范围、临界负载电流I 空比D的变化范围、临界负载电流IoB。 ● 根据负载电流I。的大小确定运行工作情况(连续或断 根据负载电流I 的大小确定运行工作情况( 流) ● 再根据给定的占空比D确定变压比M或反之根据所要 再根据给定的占空比D确定变压比M 求的变压比M值确定相应的占空比D 求的变压比M值确定相应的占空比D。 ● 最后根据对DC/DC变换器的特性要求计算、选用电 最后根据对DC/DC变换器的特性要求计算、 变换器的特性要求计算 和开关管、二极管。 路L, C和开关管、二极管。
+
-
V4
VD 3
UAB
IAB
四象限变换器对直流电机 四象限变换器对直流电机供电 直流电机供电
Ud
第二象限： 第二象限： Ud>0, Id<0 第一象限： 第一象限： Ud>0, Id>0
Id
第三象限： 第三象限： Ud < 0, Id < 0 第四象限： 第四象限： Ud.3 多相多重斩波电路
●负载电流io在一个开关周期T 中也脉动3次，io的脉动频率f=3fs 负载电流i 在一个开关周期T 中也脉动3 的脉动频率f=3
●故图中的复合变换器应是三相三重直流/直流电压变换器 故图中的复合变换器应是三相三重直流 三相三重直流/
u1 O u2 O u3 O uo O i1 O i2 O i3 O io O t
t
图 3相3重斩波波形
复合斩波电路和 3.3 复合斩波电路和多相多重斩波电路
复合斩波电路
降压斩波电路和升压斩波电路
组合构成 (Buck-Boost、Cuk、多象限斩波电路） (Buck-Boost、Cuk、多象限斩波电路） 多相多重斩波电路 组合构成 相同结构的基本斩波电路
电流可逆斩波电路（两象限斩波电路） 3. 1 电流可逆斩波电路（两象限斩波电路）