第五章基于晶闸管的电网换流型整流电路-Guangdong
合集下载
电力电子-陈坚-第五章整流
3
1
90 30
v AB d t 2VS sin t 30 d t
2
O
t
3
90 30
3
3
60o
(c)整流电压
Ⅱ Ⅲ
l 2 . 34 V S 1 . 35 V l
iA
O
Ⅰ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅱ
ID
t
(d)电流波形
电源相电压有效值 第5章 交流/直流变换器
60o
Ⅰ
(c)整流电压
Ⅱ Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅱ
ID
t
(d)电流波形
第5章 交流/直流变换器
11
相控整流电路
半控开关器件 晶闸管： 开通可控特性（承受正向电压，且有触发脉冲）
〃〃〃单向导电性
相控整流电路：实现AC－DC电能变换的晶闸管电路。
电路分析要点：晶闸管 开通时刻（满足导通条件时）
〃〃〃受到反压被强迫关断的时刻
a
2V R
S
sin t
2
d ( t )
V
S
sin 2 2
2R
晶闸管电流平均值Iav： I av
第5章 交流/直流变换器
1 2
I D 0 . 45
VS R
(
1 cos a 2
)
15
单相桥式全控整流
is
0
t
t
(4) 次级绕组电流有效值IS＝负载电流有效 值IL
L
P IL R VL IL VLIS
2
I
1
90 30
v AB d t 2VS sin t 30 d t
2
O
t
3
90 30
3
3
60o
(c)整流电压
Ⅱ Ⅲ
l 2 . 34 V S 1 . 35 V l
iA
O
Ⅰ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅱ
ID
t
(d)电流波形
电源相电压有效值 第5章 交流/直流变换器
60o
Ⅰ
(c)整流电压
Ⅱ Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅱ
ID
t
(d)电流波形
第5章 交流/直流变换器
11
相控整流电路
半控开关器件 晶闸管： 开通可控特性（承受正向电压，且有触发脉冲）
〃〃〃单向导电性
相控整流电路：实现AC－DC电能变换的晶闸管电路。
电路分析要点：晶闸管 开通时刻（满足导通条件时）
〃〃〃受到反压被强迫关断的时刻
a
2V R
S
sin t
2
d ( t )
V
S
sin 2 2
2R
晶闸管电流平均值Iav： I av
第5章 交流/直流变换器
1 2
I D 0 . 45
VS R
(
1 cos a 2
)
15
单相桥式全控整流
is
0
t
t
(4) 次级绕组电流有效值IS＝负载电流有效 值IL
L
P IL R VL IL VLIS
2
I
晶闸管可控整流电路(3)PPT
u a
u b u c
0
电阻负载 （电流断续）
3.数量关系：
输 出 电 压 瞬 时 值 ： ud 02U 2sin t 6 t a 5 a t T23
6
输 出 电 压 平 均 值 ： U d2 1 a 6
2 U 2sintd(t)3 22U 2 1cos( 6a) 0.675 1cos( 6a)
t
6
u a u b u c 0
t t
a 5 6 到 5 3 V 2 T u ab 0 u cb u b
a 5 到 3
32
u a u b u c 0
a 3 2 到 7 3 V 3 T u acu bc0 u c
a 图 三相半波可控整流电路
共阴极接法电阻负载 a =60时的波形
7 到 1 3 36
通过晶闸管级 ，绕 变组 压电 器流 次I有 VT效 I2值 I3 为：
三相半波可控整流电路—电阻负载
晶 闸 管 承 受 的 正 向 峰 值 电 压 ： U D M 2 U 2 晶 闸 管 承 受 的 反 向 峰 值 电 压 ： U R M 6 U 2
移相范0围 a： 5
6
三相半波可控整流电路
二. 阻感负载
3.3 三相可控整流电路分析
3.3.1 三相半波可控整流电路 3.3.2 三相桥式全控整流电路
三相可控整流电路分析
➢ 为什么要采用三相整流？
对于三相对称电源系统而言，单相可控整流电路为不对称负载， 可影响电源三相负载的平衡性和系统的对称性。负载容量较大时，通 常采用三相或多相电源整流电路。三相或多相电源可控整流电路是三 相电源系统的对称负载，输出整流电压的脉动小，控制响应快，在许 多场合得到了广泛应用。
电力电子技术5 逆变电路
通过分析，实现有源逆变的条件有两个，应同时满足。 （1）外部条件：要有一个能提供逆变能量的直流电源，且极性必须与
晶闸管的导通电流方向一致，其电压只要稍大于变流器直流侧的平均电 压Ud。 （的2极）性内与部整条流件状：态变时流相电反路，必才须能工把作直在流β功小率于逆9变00区为域交，流使功直率流反端送电电压网U。d 这两个条件缺一不可。 （3）串接大电感
电力电子技术
第五章 逆变电路
第五章 逆变电路
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
电力器件的换流方式 有源逆变电路 无源逆变电路 电压型逆变电路 电流型逆变电路 负载换流式逆变电路 脉冲宽度调制型逆变电路
第五章 逆变电路
在实际应用中，有些场合需要将交流电转变为大小 可调的直流电——即前面讲过的整流。有时还需要 将直流电转变为交流电——即为逆变。它是整流电 路的逆过程。在一定条件下，一套晶闸管电路既可 用于整流又可用于逆变，这种装置称为变流器。
亦增大，导致
5.2 有源逆变电路
2、重物下放，变流器工作于逆变状 反送电网，这就是有源逆变的工
态
作原理。
在整流状态，电流Id由直流电压Ud产 生，整流电压Ud的波形必须使正面积 大于负面积。当重物下放时，电动
机转速方向相反，产生的电动势E亦
反向，为了防止两电源顺向串接形
成短路，此时Ud方向也要反向，即控 制角大于900，Ud波形出现负面积大 于正面积变成负值，但由于E的作用，
如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流 电逆变成同频率的交流电反送到电网去，称为有源 逆变。它用于直流电机的可逆调速、绕线型异步电 动机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方 面。如果逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接 接到负载，即将直流电逆变成为某一频率或可变频 率的交流电供给负载，称为无源逆变。它用于交流 电机变频调速、感应加热、不间断电源等方面。
晶闸管的导通电流方向一致，其电压只要稍大于变流器直流侧的平均电 压Ud。 （的2极）性内与部整条流件状：态变时流相电反路，必才须能工把作直在流β功小率于逆9变00区为域交，流使功直率流反端送电电压网U。d 这两个条件缺一不可。 （3）串接大电感
电力电子技术
第五章 逆变电路
第五章 逆变电路
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
电力器件的换流方式 有源逆变电路 无源逆变电路 电压型逆变电路 电流型逆变电路 负载换流式逆变电路 脉冲宽度调制型逆变电路
第五章 逆变电路
在实际应用中，有些场合需要将交流电转变为大小 可调的直流电——即前面讲过的整流。有时还需要 将直流电转变为交流电——即为逆变。它是整流电 路的逆过程。在一定条件下，一套晶闸管电路既可 用于整流又可用于逆变，这种装置称为变流器。
亦增大，导致
5.2 有源逆变电路
2、重物下放，变流器工作于逆变状 反送电网，这就是有源逆变的工
态
作原理。
在整流状态，电流Id由直流电压Ud产 生，整流电压Ud的波形必须使正面积 大于负面积。当重物下放时，电动
机转速方向相反，产生的电动势E亦
反向，为了防止两电源顺向串接形
成短路，此时Ud方向也要反向，即控 制角大于900，Ud波形出现负面积大 于正面积变成负值，但由于E的作用，
如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流 电逆变成同频率的交流电反送到电网去，称为有源 逆变。它用于直流电机的可逆调速、绕线型异步电 动机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方 面。如果逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接 接到负载，即将直流电逆变成为某一频率或可变频 率的交流电供给负载，称为无源逆变。它用于交流 电机变频调速、感应加热、不间断电源等方面。
电力电子技术课件 第1章 整流电路
电气工程系
1.1.2功率二极管的特性与参数
❖5) 最高允许结温TJm 结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。
T高JM平是均指温在度PN。结不致损坏的前提下所能承受的最
TJM通常在125~175C范围之内。 ❖6) 正向浪涌电流IFSM
指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个 工频周期的过电流。
输出有效电流为 I=U/Rd=139.5/10A=13.95A
晶闸管承受的最大正反向电压为
考虑到取2倍裕量，则晶闸管正反向重复峰值电压 UDRM ≥2×311V=622V，故选700V的晶闸管。
电气工程系
1.3.1单相半波可控整流电路
晶闸管的额定电流为IT（AV）（正弦半波电流平均值），它 的额定电流有效值为IT =1.57 IT（AV）。选择晶闸管电流的原 则是，它的额定电流有效值必须大于或等于实际流过晶闸管 的最大电流有效值（还要考虑2倍裕量），即
❖ 数量关系：
整流输出电压平均值
U d
1
2
a
2U2 sin td (t)
2 1 cosa U2 2
0.45U
2
1
cos 2
a
整流输出电压的有效值
U
1
2
(
a
2U2 sin t)2 d (t) U2
sin 2a a 4 2
电气工程系
1.3.1单相半波可控整流电路
❖ 数量关系：
整流输出电流的平均值Id和有效值I
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接 且安装方便。 平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
电气工程系
1.2.1晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
晶闸管整流电路ppt课件
双向晶闸管在第Ⅰ和第Ⅲ象限有对称的伏安特性。
1.4 晶闸管单相可控整流电路
一、单相半波可控整流电路（电阻性负载）
1、电路结构和工作原理
u2 2U 2
π 2π
3π
t
0
Tr
u1
uT
VT u2
ug
id
0
ud
ud
id
id
0
ud
uT
0
- 2U2 -
t
Ud
t
t
变压器Tr起变换电压和隔离的作用。
在电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在
当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时， 形成了强烈的正反馈，正反馈过程如下：
IG↑→IB2↑→IC2(IB1)↑→IC1↑→IB2↑
晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的
正反馈作用来维持，即使控制极电流消失，晶闸管仍将
处于导通状态。因此，控制极的作用仅是触发晶闸管使 其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。要想关 断晶闸管可采用的方法有:将阳极电源断开；改变晶闸 管的阳极电压的方向，即在阳极和阴极间加反向电压。
ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上 的电压等于变压器输出电压u2。在ωt=π时刻，
电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断， 负载电流为零。
在电源电压负半波，uAK＜0，晶闸管承受反向电
压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有
输出电压，直到电源电压u2的下一周期。直流输 出电压ud和负载电流id的波形相位相同。
1.2.3 晶闸管的伏安特性
1、晶闸管的伏安特性
晶闸管的伏安特性是晶闸管阳极与阴极间电压UAK和晶闸管 阳极电流IA之间的关系特性。
晶闸管整流电路应用设计
晶闸管是一种具有双向导电特性的半导体器件，常用于电力电子领域中的整流电路。
下面是一个基本的晶闸管整流电路应用设计：
单相半波整流电路：
电路图：将负载（如电阻或电感）与一个晶闸管和一个二极管连接，晶闸管的控制端与触发电路相连，形成单相半波整流电路。
原理：晶闸管作为开关元件，通过控制其触发角来控制电路的导通和截止。
当晶闸管触发时，电流从正向流入负载，当电流减小到零时，晶闸管将自动截止，负载电压为零，从而实现了半波整流。
单相全波整流电路：
电路图：将负载与两个晶闸管和两个二极管组成一个桥式整流电路，晶闸管的控制端与触发电路相连。
原理：通过控制晶闸管的触发角来实现桥式整流。
当一个晶闸管导通时，电流从正向流入负载，另一个晶闸管被截止。
当触发角变化时，另一个晶闸管导通，电流方向改变，从而实现了全波整流。
三相桥式整流电路：
电路图：将负载与六个晶闸管和六个二极管组成一个三相桥式整流电路，晶闸管的控制端与触发电路相连。
原理：通过适时触发晶闸管，实现三相交流电源的整流。
通过控制各个晶闸管的导通和截止，实现对负载的电流方向和大小的控制。
需要注意的是，在实际设计中，还需考虑电路的保护、电压、电流的变化范围、触发电路的设计等因素，以确保电路的正常工作和安全性。
此外，还可根据具体需求添加滤波。
晶闸管整流电路 ppt课件(共88张PPT)
继续维持导通，直至L中磁场能量释
放完毕， VT承受反向电压而关断；
t
t
t
第二章 第 12 页
图2-2 带电感性负载的 单相半波电路及其波形
a)
u1
VT T
u VT u2
u2
b)
0
t1
ug
ωt2
c) 0
ud
+
d) 0 id
e)
0
u VT
f) 0
ωt2 ωt2
ωt2
id L
ud R
2
+
工作过程和特点： 请同学们思考： （a） L两端的电压何时变为上负 下正，如何简单判断？ （b） id能否抵达2π点？为什么？
阐明：使用万用表直流档测量Ud即为该数值；
U2为电源电压有效值〔220V）； α ＝ π时，Ud=0，可见可以通过调整α 来调整Ud。
直流输出电压有效值U
（2-2U ）2 1 2 U 2s it2 n d t U 24 1 s2 in 2
第二章 第 8 页
2.1.1 单相半波可控整流电路〔单相半波）
单相半波可控整流电路的特点：
线路简单、易调整，但输出电流脉动大，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；
第二章 第 17 页
2.1.2 单相桥式全控整流电路〔单相全控桥）
简称为单相全控桥〔教材P24)
1. 电阻负载的工作情况 2. 晶闸 管 V T1 和V T 4组成一 对桥臂 ， VT2和VT3组成。在实际的电路中，一 般都采用这种标注方法，即上面为1、3 ，下面为2、4。请同学们注意。
➢
P=负载的电压有效值×负载的电流有效值
晶闸管变流技术
晶闸管变流技术晶闸管是一种大功率的可控半导体器件。
普通型晶闸管具有反向阻断特性，故又称为逆阻型晶闸管。
近年来，晶闸管技术发展很快，出现了许多派生型晶闸管，如快速型、双向型、关断型和逆导型等晶闸管。
各种晶闸管具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制灵敏等优点，广泛应用于可控整流、逆度、折波、调压及无触点开关等大功率的电角转换和自动控制领域。
一、晶闸管的构造和工作原理1、晶闸管器件结构与符号晶闸管亦称半导体晶闸管，过去称为可控硅，其器件内部有四层半导体（P 1、N 1、P 2、N 2），三个PN 结（P 1N 1、P 2N 2、P 2N 1）。
外部有三个电极，分别为阳极A ，阴极K 和门极（控制板）G 。
2、晶闸管的工作原理有是流流过晶闸管时，称晶闸管导通；反之称为截止。
晶闸管导通的条件是：在阳极一阴极间加上正向电压的同时，门极一阴极间加上适当的触发电压。
3、晶闸管的特点（1）晶闸管不仅具有反向阻断能力，还具有正向阻断能力。
其正向导通受门极控制。
（2）晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，要重新关断晶闸管，必须让阳极电流减小到低于其维持电流。
二、可控整流电路可控整流电路从相数来分，有单相、两相、三相、六相等多种；从控制方式来分，有半控、全控两种；从电路型式来分，有多种多样。
1、三相桥式全控整流电路（1）电阻负载三相桥式全控电阻负载整流电路是由三相半波晶闸管共阴极整流电路和三相半波晶闸管共阳极整流电路串联组成的。
在纯电阻性质负载时，负载中流过的电流波形与负载上的电压波形相同。
电路中，有关电压、电流的数量关系如下：负载两端的整流输出电压平均值Ud 为：U d =2.34U 2ψCOS α (当00≤α≤600时，即当电压和电流波形连续时)。
式中U 2ψ—变压器二次侧三相交流电的相电压（有效值）。
流过电阻负载的直流电流平均值I d 为：I d ＝2.34 d R U ϕ2 COS α(00≤α≤600) I d =2.34 d R U ϕ2[1+COS(600+α)](600≤α≤1200) 流过每个晶闸管的平均电流I TAV 为负载电流I d 为负载电流的三分之一.即I TAV =I d /3每个晶闸管可能承受的最高正、反向电压U Tm 为三相交流电线电压的峰值，即U Tm = 2×（3 U 2g ）。
集成门极换流晶闸管(IGCT)原理及驱动
1.晶闸管（SCR） 1.晶闸管（SCR） 晶闸管
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，也称可控硅整 晶闸管 流器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）是典型 的半控器件，其电气图形如右图所示。 主要优点是： 主要优点是：容量大，工作可靠 主要缺点是： 主要缺点是：半控，开关速度慢，对du/dt和 di/dt比 较敏感
集成门极换流晶闸管（IGCT） ———原理及驱动
一、电力电子器件的发展 二、IGCT的结构和工作原理 三、基于ABB不对称型IGCT—— 5SHY35L4510的驱动电路 四、IGCT的应用简介及发展趋势
一、电力电子器件的发展
20世纪60年代开始，电力电子器件得到了迅速发展，从SCR(普通晶闸 管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型晶体管)、MOSFET(金属氧 化物硅场效应管)、MCT(MOS控制晶闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双 极型晶体管)、IGCT(集成门极换相晶闸管)、IECT(注入增强型门极晶体 管)、IPM(智能功率模块)。每一种新器件的出现都为电力变换技术的发 展注入了新的活力，它或拓展了电力变换的应用领域，或使相关应用领 域的电力变换装置的性能得到改善。
IGCT 驱动中最具特点的是其借助集成门极电路实现的“门极换 流”和“硬驱动”关断过程。
IGCT的导通过程： 的导通过程： 的导通过程
门极施以正强电压后：
I g ↑→ I c 2 ↑→ I A ↑→ I c1 ↑→ I c 2 ↑
开通时门极施以正强电压初瞬，GCT处 于NNP晶体管状态，这时晶体管作用大于晶 闸管作用。转入导通后，GCT仍可用两正反 馈的晶体管等效，强烈的正反馈使两晶体管 都饱和导通。 α1 + α 2 ≥ 1 时，IGCT完成了 导通过程。
机工社2023电力电子技术 第6版教学课件第5章 直流直流变换电路
开关周期开始时刻的电容电压值相等。故式(5-1)中uC(TS) = uC(0)，所以电容
电流在一个开关周期内的平均值Ic = 0。
5-7
5.1 直接直流变流电路
5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路 5.1.4 丘克斩波电路 5.1.5 多重斩波电路
5-8
5.1.1 降压斩波电路
5-20
5.1.3 升降压斩波电路
数量关系
电感电压在一个周期的平均值UL可以表示为
UL
U iton
U otoff Ts
由伏秒平衡，UL=0，可得
Uo D Ui 1 D
（5-6）
等式右边的负号表示升降压电路的输出电压与输入电压极性相反，其数 值既可以高于其输入电压，也可以低于输入电压。
S Ui
5-5
5.1 直接直流变流电路
伏秒平衡
电感两端电压在一个开关周期内的平均值：
其中： 可得：
1
UL Ts
TS 0
uL
(t
)
d
t
uL
(t)
L
d
iL (t) dt
U L
1 Ts
TS L d iL (t) d t 0 dt
1
Ts
TS 0
L
d
iL
(t
)
L Ts
[iL (TS
)
iL
(0)]
（5-1）
uL O
t1~t2时段：开关S关断，二极管VD 导通，电感通过VD向电容C放电，电感 电流不断减小。
t2~t3时段：t2时刻电感电流减小到 零，二极管VD关断，电感电流保持零值
，并且电感两端的电压也为零。
晶闸管可控整流电路共49页文档
间加反相电压。
派生器件：双向晶闸管
特点：相当于两个晶闸管反向并联，两者共
用一个控制极。
符号： 第二电极 A2
G 控制极
A1 第一电极
通过控制控制极的电压可实现双向导通。
工作原理
UA1>UA2时，控制极相对于A2加正脉冲， 晶闸管正向导通，电流从A1流向A2。
UA2>UA1时，控制极相对于A2加负脉冲， 晶闸管反向导通，电流从A2流向A1。
晶闸管可控整流电路
第7章 晶闸管整流电路
§7.1 §7.2 §7.3 §7.4
电力电子技术概述 半导体电力开关器件 晶闸管可控整流电路 本章复习
§7.1 电力电子技术概述
1. 什么是电力电子技术（电力电子学）
▪ 电力技术是一门涉及发电、输电、配电及电力应用的
科学技术。
强电
▪ 电子技术是研究电子器件，以及利用电子器件来处理
SIT
静电感应晶闸管
SITH
功率模块
Power Module
集成模块
单片集成模块
System on a Chip
智能功率模块
IPM
1. 电力二极管
■电力二极管是以半 导体PN结为基础的,
A K
A
K
K
PN
I
J
b)
实际上是由一个面积 较大的PN结和两端引 线以及封装组成的。
从外形上看，可以有
A
c)
a)
螺栓型、平板型等多
电力二极管的外形、结构和电气 图形符号 种封装。 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
不可控器件
2. 晶闸管(四层、三结、三极)（半控型器件）
a) a)外形
A
派生器件：双向晶闸管
特点：相当于两个晶闸管反向并联，两者共
用一个控制极。
符号： 第二电极 A2
G 控制极
A1 第一电极
通过控制控制极的电压可实现双向导通。
工作原理
UA1>UA2时，控制极相对于A2加正脉冲， 晶闸管正向导通，电流从A1流向A2。
UA2>UA1时，控制极相对于A2加负脉冲， 晶闸管反向导通，电流从A2流向A1。
晶闸管可控整流电路
第7章 晶闸管整流电路
§7.1 §7.2 §7.3 §7.4
电力电子技术概述 半导体电力开关器件 晶闸管可控整流电路 本章复习
§7.1 电力电子技术概述
1. 什么是电力电子技术（电力电子学）
▪ 电力技术是一门涉及发电、输电、配电及电力应用的
科学技术。
强电
▪ 电子技术是研究电子器件，以及利用电子器件来处理
SIT
静电感应晶闸管
SITH
功率模块
Power Module
集成模块
单片集成模块
System on a Chip
智能功率模块
IPM
1. 电力二极管
■电力二极管是以半 导体PN结为基础的,
A K
A
K
K
PN
I
J
b)
实际上是由一个面积 较大的PN结和两端引 线以及封装组成的。
从外形上看，可以有
A
c)
a)
螺栓型、平板型等多
电力二极管的外形、结构和电气 图形符号 种封装。 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
不可控器件
2. 晶闸管(四层、三结、三极)（半控型器件）
a) a)外形
A
电力电子技术教学课件PPT直流直流变流电路
☞设置了续流二极管VD,在V关断时给负载 中电感电流提供通道.
☞主要用于电子电路的供电电源,也可拖动 直流电动机或带蓄电池负载等,后两种情况下负 载中均会出现反电动势,如图中Em所示.
◆工作原理
☞ 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.
Io
Uo
Em R
<52>
☞若负载中电感值较小,出现负载电流断续的情况,负载电压uo平均值会被抬
高,一般不希望出现电流断续的情况. ◆斩波电路有三种控制方式
☞脉冲宽度调制〔PWM〕：T不变,改变ton.
☞频率调制：ton不变,改变T.
☞混合型：ton和T都可调,改变占空比
5
5.1.1 降压斩波电路
◆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.
■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.
■利用不同的基本斩波电路进行组合,可构成复合斩波电路, 如电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路；利用相同结构 的基本斩波电路进行组合,可构成多相多重斩波电路
2
5.1 基本斩波电路
5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 5.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
3
5.1.1 降压斩波电路
■降压斩波电路〔Buck Chopper〕 ◆电路分析
☞使用一个全控型器件V,图中为IGBT,若采 用晶闸管,需设置使晶闸管关断的辅助电路.
☞主要用于电子电路的供电电源,也可拖动 直流电动机或带蓄电池负载等,后两种情况下负 载中均会出现反电动势,如图中Em所示.
◆工作原理
☞ 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.
Io
Uo
Em R
<52>
☞若负载中电感值较小,出现负载电流断续的情况,负载电压uo平均值会被抬
高,一般不希望出现电流断续的情况. ◆斩波电路有三种控制方式
☞脉冲宽度调制〔PWM〕：T不变,改变ton.
☞频率调制：ton不变,改变T.
☞混合型：ton和T都可调,改变占空比
5
5.1.1 降压斩波电路
◆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.
■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.
■利用不同的基本斩波电路进行组合,可构成复合斩波电路, 如电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路；利用相同结构 的基本斩波电路进行组合,可构成多相多重斩波电路
2
5.1 基本斩波电路
5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 5.1.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
3
5.1.1 降压斩波电路
■降压斩波电路〔Buck Chopper〕 ◆电路分析
☞使用一个全控型器件V,图中为IGBT,若采 用晶闸管,需设置使晶闸管关断的辅助电路.
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
及自换流整流电路的基本工作原理。
返回 下 页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1 直流斩波电路(DC－DC)
6.1.1 自换流的原理
☟用GTO实现的整流电路及电流、电压波形
Is1
I
Id
U0
Rd 1
U0/Rd
t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
I
Id
用两个晶闸管实现的
1
节导通时间和关断时间。
U
Ud
I
T
2T
3T
4T 5T
t
IdA
t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.5.2 两点式电流控制
在额定输出电流附近设定一个容差带宽，输出电流在
这个容差带宽之间变化。当系统检测到实际输出电流
低于容差带宽时，控制器就将开关元件合上；反之则
关断开关元件。
☞电流容差控
图中直流输出电压UdA与输入电压和占空比有关,
电感中电流IdA连续，在稳定工作状态下有:
T
U Ld dt 0
0
在时间段 a ≤ t ＜aT ,
U Ld UdE UdA
在时间段 aT ≤ t ＜T ,
U Ld U dA
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
根据积分计算式可得：
可通过晶闸管导通和截止时的电路拓扑推导出在一 定占空比下电压和电流的计算公式：
U dA
1
1a
U dE
I dE
1
1a
I dA
式中：0≤ a ＜1
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
升压斩波电路的 基本工作原理
U UdA Ud
Ud
E
aT
t
T
I
IdE Ld
IdA
IdE
UdE
Ud
UdA
I
电路，但VT1此时必 须保持阻断状态。
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
二象限运行的工作波形
U UdE
Ud
0
T
UdA
3T 4T 5T t
U UdE
0
Ud
T
3T 4T 5T
t
UdA
I
IdA
I
IdA
VD2 VT3 VD2 VD4 VT1 VT3
t VD2 VT3 VT1 VT3 VD2 VD4
(VT3 VT1′) (VT2 VT4 )′
U 0 Ud -UdE I
0 VT2′VT3′
UdA
t
IdA
(VT1 VT3)′
t
(VT4 VT2 )′
t
UdA
IdA
(VT1 VT3)′
t
(VT4 VT2 )′
UUd
Ud
E
0 I
VT1′VT4′
0
UdA
t
(VT3 VT1)′ (VT2 VT4 )′
t IdA
U
Ud
0
-UdE I
VT2 VT3
0
t
UdA
t 返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.6.2 四象限斩波电路
四象限斩波电路及电压、电流波形
IdE
VT1 ′
VT1
UdA VT3
Ld
UdE
IdA
VT2
VT2 ′ Ud
VT4 ′
VT3 ′ VT4
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
UdEU
Ud
0 I
0 VT1 VT4
U,I
为:
t
c
C
U dE I dA
U,I
IdA Ud
Uc
Ic
IdE UdE VT1 VT2 VTf
aT
T
t t VT1 t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
⑵给定频率下最小可
U,I
IdA
能的占空比amin为:
Ud
U,I
t
a min
1 T
L C
C
2U dE I dAmin
Uc
Ic
第六章 DC－DC和DC－AC变换器
6.1 直流斩波电路(DC－DC) 6.2 自换流整流电路 6.3 逆变电路（DC－AC） 小结
首页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
本章重点
通过全控型功率元件实现直流电源输出交流电： 1.直流到直流的变换（DC－DC），即直流斩波
电路； 2.直流到交流的变换（DC－AC），即逆变电路，
t
IdA
t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.4 斩波电路的吸收电路
吸收电路
在无电路损耗的前提 下，实现电量波动抑 制的电路
直流斩波电路的功能是保护电路，在原有电路 的基础上，新增部分电路，减少功率元件的动作 带来的扰动。
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
典型的吸收电 路结构及波形
VT1
Ld→∞
IdE Uc
VTf
IdA
UdE
VT2
Ud UdA
Lu VTu
U,I
IdA
Ud
U,I
t
Uc
Ic
t
U,I
IdE
Ud
E
VT1 VT2 VTf
aT
T
VT1 t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
⑴电压下降到一半时， U,I
即达到晶闸管的阻断
电压值。结束时间tc
0 (UdE UdA)aT (UdA)(1 a)T
将此式变换后得:
UdA aUdE
电路中由于不存在消耗功率的电阻，因此有:
PA UdAIdA PE UdEIdE IdE aIdA
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.3 升压斩波电路
升压斩波电路
Boost电 路
U0/Rd
整流电路及电流、电
压波形
I 2
Id
t
1
U0/Rd
VT1
2
IH
t
VT2
Uc
1
U0/RH
U0
Rd RH
U U
0
U
t
IH
c
t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.2 直流输出电压的调整
直流电路中，当开关元件按照规定的顺序进行开关 操作时，可以整定另一个输出的直流电压。输出的 直流电压值与输入电压有关，同时根据直流电压无 损失的转换原理实现控制。
U Ud
制下降压斩波
I
t
工作曲线
IdA
t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.6 组合斩波电路
6.1.6.1 二象限斩波电路
IdE
VT1
UdA VT3
UdE
Ld
IdA
VD2
Ud
VD4
当VT3导通时，VT1 和VD2组成一个降压 斩波电路。若UdA为 负值时，VT3和VD4 桥路则构成升压斩波 Nhomakorabeat
⑶此时的占空比a不再
完全由主晶闸管VT1的 导通时间来确定。
U,I
IdE
UdE
VT1 VT2 VTf
aT
T
VT1 t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.5 斩波电路的控制
6.1.5.1 恒频控制
采取等间隔的时间点进行开
恒频控制
关操作，在一个恒定值开关 周期中，通过改变占空比调
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
Buck电路的基本工 作原理及相关波形
U
Ud U
E
d
Ud
A
a
t
ULd
TT I
IdE
Ld IdA
Id
A
UdE
Ud
UdA
I
t
Id
E
t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
设图中的开关周期：T
晶闸管的导通时间：aT ，0≤a ≤1
占空比: a
返回 下 页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1 直流斩波电路(DC－DC)
6.1.1 自换流的原理
☟用GTO实现的整流电路及电流、电压波形
Is1
I
Id
U0
Rd 1
U0/Rd
t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
I
Id
用两个晶闸管实现的
1
节导通时间和关断时间。
U
Ud
I
T
2T
3T
4T 5T
t
IdA
t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.5.2 两点式电流控制
在额定输出电流附近设定一个容差带宽，输出电流在
这个容差带宽之间变化。当系统检测到实际输出电流
低于容差带宽时，控制器就将开关元件合上；反之则
关断开关元件。
☞电流容差控
图中直流输出电压UdA与输入电压和占空比有关,
电感中电流IdA连续，在稳定工作状态下有:
T
U Ld dt 0
0
在时间段 a ≤ t ＜aT ,
U Ld UdE UdA
在时间段 aT ≤ t ＜T ,
U Ld U dA
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
根据积分计算式可得：
可通过晶闸管导通和截止时的电路拓扑推导出在一 定占空比下电压和电流的计算公式：
U dA
1
1a
U dE
I dE
1
1a
I dA
式中：0≤ a ＜1
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
升压斩波电路的 基本工作原理
U UdA Ud
Ud
E
aT
t
T
I
IdE Ld
IdA
IdE
UdE
Ud
UdA
I
电路，但VT1此时必 须保持阻断状态。
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
二象限运行的工作波形
U UdE
Ud
0
T
UdA
3T 4T 5T t
U UdE
0
Ud
T
3T 4T 5T
t
UdA
I
IdA
I
IdA
VD2 VT3 VD2 VD4 VT1 VT3
t VD2 VT3 VT1 VT3 VD2 VD4
(VT3 VT1′) (VT2 VT4 )′
U 0 Ud -UdE I
0 VT2′VT3′
UdA
t
IdA
(VT1 VT3)′
t
(VT4 VT2 )′
t
UdA
IdA
(VT1 VT3)′
t
(VT4 VT2 )′
UUd
Ud
E
0 I
VT1′VT4′
0
UdA
t
(VT3 VT1)′ (VT2 VT4 )′
t IdA
U
Ud
0
-UdE I
VT2 VT3
0
t
UdA
t 返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.6.2 四象限斩波电路
四象限斩波电路及电压、电流波形
IdE
VT1 ′
VT1
UdA VT3
Ld
UdE
IdA
VT2
VT2 ′ Ud
VT4 ′
VT3 ′ VT4
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
UdEU
Ud
0 I
0 VT1 VT4
U,I
为:
t
c
C
U dE I dA
U,I
IdA Ud
Uc
Ic
IdE UdE VT1 VT2 VTf
aT
T
t t VT1 t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
⑵给定频率下最小可
U,I
IdA
能的占空比amin为:
Ud
U,I
t
a min
1 T
L C
C
2U dE I dAmin
Uc
Ic
第六章 DC－DC和DC－AC变换器
6.1 直流斩波电路(DC－DC) 6.2 自换流整流电路 6.3 逆变电路（DC－AC） 小结
首页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
本章重点
通过全控型功率元件实现直流电源输出交流电： 1.直流到直流的变换（DC－DC），即直流斩波
电路； 2.直流到交流的变换（DC－AC），即逆变电路，
t
IdA
t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.4 斩波电路的吸收电路
吸收电路
在无电路损耗的前提 下，实现电量波动抑 制的电路
直流斩波电路的功能是保护电路，在原有电路 的基础上，新增部分电路，减少功率元件的动作 带来的扰动。
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
典型的吸收电 路结构及波形
VT1
Ld→∞
IdE Uc
VTf
IdA
UdE
VT2
Ud UdA
Lu VTu
U,I
IdA
Ud
U,I
t
Uc
Ic
t
U,I
IdE
Ud
E
VT1 VT2 VTf
aT
T
VT1 t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
⑴电压下降到一半时， U,I
即达到晶闸管的阻断
电压值。结束时间tc
0 (UdE UdA)aT (UdA)(1 a)T
将此式变换后得:
UdA aUdE
电路中由于不存在消耗功率的电阻，因此有:
PA UdAIdA PE UdEIdE IdE aIdA
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.3 升压斩波电路
升压斩波电路
Boost电 路
U0/Rd
整流电路及电流、电
压波形
I 2
Id
t
1
U0/Rd
VT1
2
IH
t
VT2
Uc
1
U0/RH
U0
Rd RH
U U
0
U
t
IH
c
t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.2 直流输出电压的调整
直流电路中，当开关元件按照规定的顺序进行开关 操作时，可以整定另一个输出的直流电压。输出的 直流电压值与输入电压有关，同时根据直流电压无 损失的转换原理实现控制。
U Ud
制下降压斩波
I
t
工作曲线
IdA
t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.6 组合斩波电路
6.1.6.1 二象限斩波电路
IdE
VT1
UdA VT3
UdE
Ld
IdA
VD2
Ud
VD4
当VT3导通时，VT1 和VD2组成一个降压 斩波电路。若UdA为 负值时，VT3和VD4 桥路则构成升压斩波 Nhomakorabeat
⑶此时的占空比a不再
完全由主晶闸管VT1的 导通时间来确定。
U,I
IdE
UdE
VT1 VT2 VTf
aT
T
VT1 t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
6.1.5 斩波电路的控制
6.1.5.1 恒频控制
采取等间隔的时间点进行开
恒频控制
关操作，在一个恒定值开关 周期中，通过改变占空比调
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
Buck电路的基本工 作原理及相关波形
U
Ud U
E
d
Ud
A
a
t
ULd
TT I
IdE
Ld IdA
Id
A
UdE
Ud
UdA
I
t
Id
E
t
返回 上页 下页
第六章基于DC－DC和DC－AC变换器
设图中的开关周期：T
晶闸管的导通时间：aT ，0≤a ≤1
占空比: a