電力電子技術(shù)電子教案第章 直流電壓變換電路ppt課件

1、第七章第七章 直流電壓變換電路直流電壓變換電路 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1掌握直流電壓變換電路的基本原理和三種控制掌握直流電壓變換電路的基本原理和三種控制變換方式。變換方式。2了解晶閘管直流電壓變換電路的工作原理及晶了解晶閘管直流電壓變換電路的工作原理及晶閘管換流原理。閘管換流原理。3掌握降壓和升壓直流變換電路的工作原理及庫掌握降壓和升壓直流變換電路的工作原理及庫克克Cuk電路的工作原理。電路的工作原理。 4. 了解復(fù)合直流電壓變換電路的組成及應(yīng)用。了解復(fù)合直流電壓變換電路的組成及應(yīng)用。 第一節(jié)第一節(jié) 直流電壓變換電路的工作原直流電壓變換電路的工作原理及分類理及分類 一、直流電壓變換電路的工作原理一

2、、直流電壓變換電路的工作原理 a) a) 電路原理圖電路原理圖 b) b) 工作波形工作波形 圖圖7-1 7-1 直流電壓變換電路原理圖及工作波形直流電壓變換電路原理圖及工作波形 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)S S閉合時(shí)，負(fù)載電壓閉合時(shí)，負(fù)載電壓uo=Uduo=Ud，并持續(xù)時(shí)間，并持續(xù)時(shí)間tonton，當(dāng)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)S S斷開時(shí)，負(fù)載上電壓斷開時(shí)，負(fù)載上電壓uo=0Vuo=0V，并持續(xù)時(shí)間，并持續(xù)時(shí)間tofftoff。則。則T=ton+toffT=ton+toff為直為直流變換電路的工作周期，電路的輸出電壓波形如圖流變換電路的工作周期，電路的輸出電壓波形如圖7-1b7-1b所示。所示。 若定義占空比為若定義占

3、空比為 ，則可得輸出電壓得平均值為，則可得輸出電壓得平均值為 只要調(diào)節(jié)只要調(diào)節(jié)k，即可調(diào)節(jié)負(fù)載的平均電壓。，即可調(diào)節(jié)負(fù)載的平均電壓。 直流電壓變換電路主要由以下三種控制方式。直流電壓變換電路主要由以下三種控制方式。 1) 脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制(PWM) 脈沖寬度調(diào)制也稱定頻調(diào)寬式，保持電路頻率脈沖寬度調(diào)制也稱定頻調(diào)寬式，保持電路頻率f lT不變，即工作周期不變，即工作周期T恒定，只改變開關(guān)恒定，只改變開關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間的導(dǎo)通時(shí)間ton。 2) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(PFM) 頻率調(diào)制也稱定寬調(diào)頻式，保持開關(guān)頻率調(diào)制也稱定寬調(diào)頻式，保持開關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間的導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變電路周期不變，改變電

4、路周期T ( 即改變電路的頻率即改變電路的頻率)。 3)混合調(diào)制混合調(diào)制 脈沖寬度脈沖寬度(即即ton)與脈沖周期與脈沖周期T同時(shí)改變，采取這種調(diào)制方法，輸出直流平同時(shí)改變，采取這種調(diào)制方法，輸出直流平均電壓均電壓uo的可調(diào)范圍較寬，但控制電路較復(fù)雜。的可調(diào)范圍較寬，但控制電路較復(fù)雜。TtkonddondoffononokUUTtUtttU二、直流電壓變換電路的分類二、直流電壓變換電路的分類 直流電壓變換電路按照上述穩(wěn)壓控制方式可分為脈沖直流電壓變換電路按照上述穩(wěn)壓控制方式可分為脈沖寬度調(diào)制寬度調(diào)制(PWM)(PWM)和脈沖頻率調(diào)制和脈沖頻率調(diào)制(PFM)(PFM)直流電壓變換電路；直流電壓變

5、換電路；按變換電路的功能分類有降壓變換電路按變換電路的功能分類有降壓變換電路(Buck)(Buck)、升壓變換、升壓變換電路電路 (Boost) (Boost)、升降壓變換電路、升降壓變換電路(Buck-Boost)(Buck-Boost)、庫克變、庫克變換電路換電路(Cuk)(Cuk)和全橋直流變換電路。和全橋直流變換電路。第二節(jié)第二節(jié) 晶閘管直流電壓變換電路晶閘管直流電壓變換電路 一、晶閘管直流電壓變換電路的工作原理一、晶閘管直流電壓變換電路的工作原理 圖圖7-2a7-2a所示為由晶閘管構(gòu)成的直流電壓變換電路。該電路由一個(gè)所示為由晶閘管構(gòu)成的直流電壓變換電路。該電路由一個(gè)晶閘管晶閘管V V

6、作為變換電路的開關(guān)器件，電容作為變換電路的開關(guān)器件，電容C C和電感和電感L L組成振蕩電路，實(shí)現(xiàn)組成振蕩電路，實(shí)現(xiàn)晶閘管的換流和自行關(guān)斷。晶閘管的換流和自行關(guān)斷。VDVD為續(xù)流二極管，負(fù)載為帶足夠大平波電抗為續(xù)流二極管，負(fù)載為帶足夠大平波電抗器器LGLG的直流電動(dòng)機(jī)。的直流電動(dòng)機(jī)。 a) b) a) b) 圖圖7-2 7-2 由晶閘管構(gòu)成的直流變換電路由晶閘管構(gòu)成的直流變換電路 a) a)電路電路 b) b)輸出電流、電壓波形輸出電流、電壓波形 二、晶閘管的換流原理二、晶閘管的換流原理 圖圖7-3 7-3 晶閘管換流原理晶閘管換流原理 a) a)電容正向充電結(jié)束電容正向充電結(jié)束 b) b)電

7、容正向放電電容正向放電及反向充電及反向充電 c) c)電容反向充電結(jié)束電容反向充電結(jié)束 d) d)電容反向放電電容反向放電及正向充電及正向充電第三節(jié)降壓式和升壓式直流電壓變換電路第三節(jié)降壓式和升壓式直流電壓變換電路 一、降壓式直流電壓變換電路一、降壓式直流電壓變換電路降壓式直流電壓變換電路的輸出電壓平均值降壓式直流電壓變換電路的輸出電壓平均值U0低于輸入直流電低于輸入直流電壓壓E，又叫，又叫Buck電路。這種電路主要用于直流可調(diào)電源和直電路。這種電路主要用于直流可調(diào)電源和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中。流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中。 a) 電路原理圖電路原理圖 b) 工作波形圖工作波形圖圖圖7-4 降壓式直流電壓變換電路

8、的原理圖及工作波形降壓式直流電壓變換電路的原理圖及工作波形 負(fù)載電壓的平均值為負(fù)載電壓的平均值為 負(fù)載電流平均值為負(fù)載電流平均值為一個(gè)周期中，忽略電路中的損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消一個(gè)周期中，忽略電路中的損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等，即耗的能量相等，即那么那么假設(shè)電源電流平均值為假設(shè)電源電流平均值為I1I1，則有，則有得得 可將降壓式斬波器看作直流降壓變壓器。可將降壓式斬波器看作直流降壓變壓器。 kEETtEtttUonoffonon0REUIMooTIETRItEIoM2oonoREkEIMoooon1kIITtIooo1IUkEIEI二、升壓式直流電壓變換電路二、升壓式直

9、流電壓變換電路 升壓式直流電壓變換電路能使輸出電壓高于輸入電壓，也稱為升壓式直流電壓變換電路能使輸出電壓高于輸入電壓，也稱為Boost電路。常用于直流電動(dòng)機(jī)的再生制動(dòng)，也用作單相功率因數(shù)校電路。常用于直流電動(dòng)機(jī)的再生制動(dòng)，也用作單相功率因數(shù)校正電路及其他直流電源中。正電路及其他直流電源中。 1. 升壓式直流電壓變換電路的原理升壓式直流電壓變換電路的原理 升壓式直流電壓變換電路的原理圖及工作波形如圖升壓式直流電壓變換電路的原理圖及工作波形如圖7-5所示。該電所示。該電路中的路中的V也是全控型器件，也是全控型器件，VD為隔離二極管。為隔離二極管。 a) 升壓式直流電壓變換電路原理圖升壓式直流電壓變

10、換電路原理圖 b) 工作波形工作波形圖圖7-5 升壓式直流電壓變換電路的原理圖及工作波形升壓式直流電壓變換電路的原理圖及工作波形 當(dāng)電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期當(dāng)電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T T 中電感中電感L L積蓄積蓄的能量與釋放的能量相等，即的能量與釋放的能量相等，即 化簡(jiǎn)得化簡(jiǎn)得 令令= toff/T= toff/T，則，則和占空比和占空比k k有如下關(guān)系有如下關(guān)系那么那么off1oon1)(tIEUtEIEtTEtttUoffoffoffono1kddo111UkUU如果忽略電路損耗，則由電源提供的能量?jī)H由負(fù)載如果忽略電路損耗，則由電源提供的能量?jī)H由負(fù)載R R消耗，即消耗，即 可見，升壓式

11、直流斬波器也可看成是直流變壓器?？梢?，升壓式直流斬波器也可看成是直流變壓器。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)，可得輸出電流平均值根據(jù)電路結(jié)構(gòu)，可得輸出電流平均值IoIo為為 可得出電源電流可得出電源電流I1I1為為oo1IUEI RERUI1ooREIEUI2oo112.2.升壓式直流電壓變換電路的典型應(yīng)用升壓式直流電壓變換電路的典型應(yīng)用 當(dāng)升壓式直流電壓變換電路用于直流電動(dòng)機(jī)傳當(dāng)升壓式直流電壓變換電路用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)時(shí)，通常是在直流電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)時(shí)把電能回動(dòng)時(shí)，通常是在直流電動(dòng)機(jī)再生制動(dòng)時(shí)把電能回饋給直流電源，因此電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)成為電路的饋給直流電源，因此電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)成為電路的輸入，而直流電源成了電路中的負(fù)

12、載。輸入，而直流電源成了電路中的負(fù)載。a) a) 電路原理圖電路原理圖 b) b) 電流連續(xù)時(shí)的工作波形電流連續(xù)時(shí)的工作波形 c) c) 電流斷續(xù)時(shí)的工作波形電流斷續(xù)時(shí)的工作波形圖圖7-6 7-6 直流電動(dòng)機(jī)回饋能量時(shí)的升壓直流電壓變換直流電動(dòng)機(jī)回饋能量時(shí)的升壓直流電壓變換電路及其波形電路及其波形 工作原理分析如下：工作原理分析如下： 當(dāng)當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，其兩端的電壓等于零，流過電感處于通態(tài)時(shí)，其兩端的電壓等于零，流過電感L中的中的電流上升，電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)電流上升，電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)EM使電感使電感L儲(chǔ)能。當(dāng)儲(chǔ)能。當(dāng)V處于斷處于斷態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)EM和電感和電感L儲(chǔ)能釋放形成

13、的電壓順儲(chǔ)能釋放形成的電壓順極性疊加，使隔離二極管導(dǎo)通，向直流電源極性疊加，使隔離二極管導(dǎo)通，向直流電源E回饋能量。設(shè)回饋能量。設(shè)電感電感L為無窮大且電流連續(xù)時(shí)，在一個(gè)周期中，電樞電流的為無窮大且電流連續(xù)時(shí)，在一個(gè)周期中，電樞電流的平均值平均值Io為為 該式表明，以電動(dòng)機(jī)一側(cè)為基準(zhǔn)看，可將直流電源看該式表明，以電動(dòng)機(jī)一側(cè)為基準(zhǔn)看，可將直流電源看作是被降低到了作是被降低到了E。 當(dāng)電感當(dāng)電感L不是足夠大，電流可能斷續(xù)，負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)不是足夠大，電流可能斷續(xù)，負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)盡量避免這一情況。盡量避免這一情況。REEIMo第四節(jié)第四節(jié) 升降壓式直流電壓變換電路升降壓式直流電壓變換電路 一、升降壓式直

14、流電壓變換電路一、升降壓式直流電壓變換電路 升降壓式直流電壓變換電路是由降壓式和升壓式升降壓式直流電壓變換電路是由降壓式和升壓式兩種基本變換電路混合串連而成，也稱為兩種基本變換電路混合串連而成，也稱為Buck-Boost電路。它主要用于可調(diào)直流電源。電路。它主要用于可調(diào)直流電源。 a) 升降壓式直流電壓變換電路原理圖升降壓式直流電壓變換電路原理圖 b) 工作工作波形波形 該電路的基本工作原理是：當(dāng)斬波開關(guān)該電路的基本工作原理是：當(dāng)斬波開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電處于通態(tài)時(shí)，電源經(jīng)向電感供電使其存儲(chǔ)能量，源經(jīng)向電感供電使其存儲(chǔ)能量，VD處于阻斷狀態(tài)，此處于阻斷狀態(tài)，此時(shí)電流時(shí)電流i1方向如圖方向如圖7-

15、10a所示。當(dāng)所示。當(dāng)V關(guān)斷時(shí)，關(guān)斷時(shí)，VD導(dǎo)通，電感導(dǎo)通，電感存儲(chǔ)的能量向電容存儲(chǔ)的能量向電容C和和R釋放?？梢娯?fù)載電壓極性為上負(fù)釋放?？梢娯?fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，與前面介紹的降壓直流電壓下正，與電源電壓極性相反，與前面介紹的降壓直流電壓變換電路和升壓直流電壓變換電路的情況正好相反，因此變換電路和升壓直流電壓變換電路的情況正好相反，因此該電路稱為反極性直流電壓變換電路。該電路稱為反極性直流電壓變換電路。穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感內(nèi)電感L兩端電壓兩端電壓uL的平均值為零，即當(dāng)?shù)钠骄禐榱?，即?dāng)處于通態(tài)期間時(shí)，處于通態(tài)期間時(shí)，uL；而當(dāng)處于斷態(tài)期間時(shí)，；而當(dāng)處于

16、斷態(tài)期間時(shí)，uLuo。于是。于是offoontUEt輸出電壓為輸出電壓為若改變占空比若改變占空比k，則輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比，則輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)電源電壓低。當(dāng)k1/2時(shí)為降壓，當(dāng)時(shí)為降壓，當(dāng)1/2k時(shí)為升壓，時(shí)為升壓，因此將該電路稱作升降壓直流電壓變換電路。因此將該電路稱作升降壓直流電壓變換電路。圖圖7-7b中給出了電源電流中給出了電源電流i1和負(fù)載電流和負(fù)載電流i2的波形，設(shè)兩者的平的波形，設(shè)兩者的平均值分別為均值分別為I1 和和I2，當(dāng)電流脈動(dòng)足夠小時(shí)，有，當(dāng)電流脈動(dòng)足夠小時(shí)，有可得可得 如果如果V、VD為沒有損耗的理想開關(guān)，那么為沒有損耗的

17、理想開關(guān)，那么其輸出功率與輸入功率相等，可將其看作直流變壓器。其輸出功率與輸入功率相等，可將其看作直流變壓器。 EkkEtTtEttU1ononoffonooffon21ttII11onoff21IkkIttI2o1IUEI 二、庫克二、庫克CukCuk直流電壓變換電路直流電壓變換電路 圖圖7-87-8所示為庫克所示為庫克CukCuk電路的原理圖及其等效電路。電路的原理圖及其等效電路。當(dāng)當(dāng)V V處于通態(tài)時(shí)，處于通態(tài)時(shí)，E EL1L1V V回路和回路和R RL2L2C CV V回路分別流過回路分別流過電流。當(dāng)電流。當(dāng)V V處于斷態(tài)時(shí)，處于斷態(tài)時(shí)，E EL1L1C CVDVD回路和回路和R RL2

18、L2VDVD回路回路分別流過電流。輸出電壓極性與電源電壓極性相反分別流過電流。輸出電壓極性與電源電壓極性相反 a) a) 庫克直流電壓變換電路的原理圖庫克直流電壓變換電路的原理圖 b) b) 等效電路等效電路 該電路的等效電路如圖該電路的等效電路如圖7-8b7-8b所示，相當(dāng)于開關(guān)所示，相當(dāng)于開關(guān)S S在在A A、B B兩點(diǎn)之間交替切換。在該電路中，穩(wěn)態(tài)時(shí)電容兩點(diǎn)之間交替切換。在該電路中，穩(wěn)態(tài)時(shí)電容C C的電流在一的電流在一周期內(nèi)的平均值為零。在圖周期內(nèi)的平均值為零。在圖7-8b7-8b的等效電路中，開關(guān)的等效電路中，開關(guān)S S合向合向B B點(diǎn)的時(shí)間即點(diǎn)的時(shí)間即V V處于通態(tài)的時(shí)間為處于通態(tài)的

19、時(shí)間為tonton，則電容電流和時(shí)間的，則電容電流和時(shí)間的乘積為乘積為I2 tonI2 ton。開關(guān)。開關(guān)S S合向合向A A點(diǎn)的時(shí)間為點(diǎn)的時(shí)間為V V處于斷態(tài)的時(shí)間為處于斷態(tài)的時(shí)間為tofftoff，則電容電流和時(shí)間的乘積為，則電容電流和時(shí)間的乘積為I1 toffI1 toff。由此可得。由此可得 從而可得從而可得 輸出電壓輸出電壓U0U0與電源電壓與電源電壓E E的關(guān)系為的關(guān)系為 這一輸入輸出關(guān)系與升降式直流電壓變換電路時(shí)的情況這一輸入輸出關(guān)系與升降式直流電壓變換電路時(shí)的情況相同。相同。off1on2tItIkkttTttII1onononoff12EkkEtTtEttU1ononoffo

20、no第五節(jié)第五節(jié) 復(fù)合直流電壓變換電路復(fù)合直流電壓變換電路 一、電流可逆直流電壓變換電路一、電流可逆直流電壓變換電路 當(dāng)直流電壓變換電路用于拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，常要使當(dāng)直流電壓變換電路用于拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，常要使電動(dòng)機(jī)既可電動(dòng)運(yùn)行，又能再生制動(dòng)，將能量回饋電電動(dòng)機(jī)既可電動(dòng)運(yùn)行，又能再生制動(dòng)，將能量回饋電源。從電動(dòng)狀態(tài)到再生制動(dòng)的切換可通過改變電路聯(lián)源。從電動(dòng)狀態(tài)到再生制動(dòng)的切換可通過改變電路聯(lián)結(jié)方式來實(shí)現(xiàn)，但在要求快速響應(yīng)時(shí)，就需通過對(duì)電結(jié)方式來實(shí)現(xiàn)，但在要求快速響應(yīng)時(shí)，就需通過對(duì)電路本身的控制來實(shí)現(xiàn)。路本身的控制來實(shí)現(xiàn)。 a) a) 電流可逆直流電壓變換電路電流可逆直流電壓變換電路 b) b)

21、 工作波形工作波形 圖圖7-9 7-9 電流可逆直流電壓變換電路及其波形電流可逆直流電壓變換電路及其波形 在該電路中，在該電路中，1和和1構(gòu)成降壓直流電構(gòu)成降壓直流電壓變換電路，由電源向直流電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)壓變換電路，由電源向直流電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第象限；機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第象限；2和和2構(gòu)成升壓直流電壓變換電路，把直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成升壓直流電壓變換電路，把直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電?dòng)機(jī)再生制動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電?dòng)機(jī)再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第象限。需要注意的是，若動(dòng)運(yùn)行，工作于第象限。需要注意的是，若1和和2同時(shí)導(dǎo)通，將導(dǎo)致電源短路，進(jìn)而會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，將導(dǎo)

22、致電源短路，進(jìn)而會(huì)損壞電路中的開關(guān)器件或電源，因此必須防止損壞電路中的開關(guān)器件或電源，因此必須防止出現(xiàn)這種情況。出現(xiàn)這種情況。二、橋式可逆直流電壓變換電路二、橋式可逆直流電壓變換電路 在電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正，反轉(zhuǎn)以及可電動(dòng)又可制動(dòng)的場(chǎng)合，在電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正，反轉(zhuǎn)以及可電動(dòng)又可制動(dòng)的場(chǎng)合，可采用橋式可逆直流電壓變換電路，如圖可采用橋式可逆直流電壓變換電路，如圖7-107-10所示。所示。圖圖7-10 7-10 橋式可逆直流電壓變換電路橋式可逆直流電壓變換電路橋式可逆直流電壓變換電路工作原理分析橋式可逆直流電壓變換電路工作原理分析 當(dāng)使當(dāng)使4保持通態(tài)時(shí)，該直流電壓變換電路就等效為圖保持通態(tài)時(shí)，該直流電壓變換電

23、路就等效為圖7-9a所示的電流可逆直流電壓變換電路，向電動(dòng)機(jī)提供正所示的電流可逆直流電壓變換電路，向電動(dòng)機(jī)提供正電壓，可使電動(dòng)機(jī)工作于第，象限，即正轉(zhuǎn)電動(dòng)和正電壓，可使電動(dòng)機(jī)工作于第，象限，即正轉(zhuǎn)電動(dòng)和正轉(zhuǎn)再生制動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)，需防止轉(zhuǎn)再生制動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)，需防止3導(dǎo)通造成電源短路。導(dǎo)通造成電源短路。 當(dāng)使當(dāng)使2保持為通態(tài)時(shí)，于是保持為通態(tài)時(shí)，于是V3，VD3和和V4，VD4等效等效為又一組電流可逆直流電壓變換電路，向電動(dòng)機(jī)提供負(fù)電為又一組電流可逆直流電壓變換電路，向電動(dòng)機(jī)提供負(fù)電壓，可使電動(dòng)機(jī)工作于第，象限。其中壓，可使電動(dòng)機(jī)工作于第，象限。其中V3和和VD3構(gòu)成構(gòu)成降壓直流電壓變換電路，向電動(dòng)

24、機(jī)供電使其工作于第象降壓直流電壓變換電路，向電動(dòng)機(jī)供電使其工作于第象限即反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，而限即反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，而V4和和VD4構(gòu)成升壓直流電壓變換電構(gòu)成升壓直流電壓變換電路，可使電動(dòng)機(jī)工作于第象限即反轉(zhuǎn)再生制動(dòng)狀態(tài)。路，可使電動(dòng)機(jī)工作于第象限即反轉(zhuǎn)再生制動(dòng)狀態(tài)。三、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路三、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 用全橋開關(guān)式直流電壓變換電路驅(qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)，用全橋開關(guān)式直流電壓變換電路驅(qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)，電路原理如圖電路原理如圖7-117-11所示。在圖中所示的全橋變換電路中，所示。在圖中所示的全橋變換電路中，其輸入是幅度不變的直流電壓其輸入是幅度不變的直流電壓UdUd，輸出是幅度和極性均可，

25、輸出是幅度和極性均可控制的直流電壓控制的直流電壓uouo。 圖圖7-11 7-11 全橋直流直流電壓變換電路全橋直流直流電壓變換電路1 1雙極性電壓開關(guān)雙極性電壓開關(guān)PWMPWM法法 在雙極性電壓開關(guān)在雙極性電壓開關(guān)PWMPWM法中，開關(guān)元件橋臂分為法中，開關(guān)元件橋臂分為V1V1、V4V4和和V3V3、V2V2兩組，這兩組開關(guān)中總有一組是導(dǎo)通的。由控制電兩組，這兩組開關(guān)中總有一組是導(dǎo)通的。由控制電壓壓ucuc與三角波電壓與三角波電壓utriutri比較產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。當(dāng)比較產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。當(dāng)ucucutriutri時(shí)，時(shí)，V1V1和和V4V4導(dǎo)通，而導(dǎo)通，而V3V3和和V2V2關(guān)斷；當(dāng)關(guān)斷；當(dāng)ut

26、riutriucuc時(shí)，時(shí)，V1V1和和V4V4關(guān)斷，關(guān)斷，而而V3V3和和V2V2的基極即使加有正向驅(qū)動(dòng)電壓，卻不一定能立即的基極即使加有正向驅(qū)動(dòng)電壓，卻不一定能立即導(dǎo)通，如圖導(dǎo)通，如圖7-12e7-12e所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重，負(fù)載電流平均所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重，負(fù)載電流平均值較大時(shí)，將有值較大時(shí)，將有VD2VD2、VD3VD3續(xù)流，維持原有的電流方向，續(xù)流，維持原有的電流方向，V3V3和和V2V2的集射極之間分別與的集射極之間分別與VD3VD3、VD2VD2并聯(lián)而關(guān)斷。當(dāng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)而關(guān)斷。當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)，平均電流較小，在續(xù)流階段，電流很快衰減到零。輕載時(shí)，平均電流較小，在續(xù)流階段，電流很

27、快衰減到零。在這一階段在這一階段( (如圖如圖7-12a7-12a所示的所示的t1t1區(qū)間，即區(qū)間，即utriutriucuc的區(qū)間的區(qū)間) )，V3V3、V2V2集射極之間反壓消失，集射極之間反壓消失，V3V3和和V2V2才能導(dǎo)通。才能導(dǎo)通。雙極性電壓開關(guān)雙極性電壓開關(guān)PWMPWM法波形法波形 圖圖7-12 7-12 雙極性電壓開關(guān)波形雙極性電壓開關(guān)波形雙極性電壓開關(guān)雙極性電壓開關(guān)PWMPWM法原理分析法原理分析 輸出電壓輸出電壓UOUO 式中，式中，m=Ud/Utrim=m=Ud/Utrim=常數(shù)。該式表明，在這種開關(guān)模式下的變常數(shù)。該式表明，在這種開關(guān)模式下的變換電路與單開關(guān)的直流電壓變

28、換電路是類似的，輸出電壓換電路與單開關(guān)的直流電壓變換電路是類似的，輸出電壓平均值輸入控制信號(hào)平均值輸入控制信號(hào)ucuc線性變化。線性變化。 由圖由圖7-12d7-12d中輸出電壓中輸出電壓uOuOuO=uAN-uBNuO=uAN-uBN的波形可以看出，的波形可以看出，輸出電壓是在輸出電壓是在+ Ud+ Ud和和-Ud-Ud之間跳動(dòng)，占空比之間跳動(dòng)，占空比k1k1受受ucuc的大小和的大小和極性控制其值在極性控制其值在0 0到到1 1范圍風(fēng)變化。輸出電壓范圍風(fēng)變化。輸出電壓UoUo則可在則可在-Ud-Ud到到+Ud+Ud之間連續(xù)變化。在一個(gè)周期內(nèi)電樞兩端的電壓之間連續(xù)變化。在一個(gè)周期內(nèi)電樞兩端的

29、電壓UoUo正負(fù)相正負(fù)相間，所以稱為雙極性間，所以稱為雙極性PWMPWM電路。當(dāng)平均值為正時(shí)電動(dòng)機(jī)為正電路。當(dāng)平均值為正時(shí)電動(dòng)機(jī)為正轉(zhuǎn)，反之電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)，反之電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。cctrimdOmuuUUU 2 2單極性電壓開關(guān)單極性電壓開關(guān)PWMPWM法法 電路的基本工作原理分析如下：電路的基本工作原理分析如下： V1 V1和和V2V2的驅(qū)動(dòng)脈沖的驅(qū)動(dòng)脈沖Ub1=-Ub2Ub1=-Ub2，與雙極性時(shí)相同。，與雙極性時(shí)相同。V3V3和和V4V4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與雙極性時(shí)不同。如果電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與雙極性時(shí)不同。如果電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，Ub3Ub3恒為負(fù)，恒為負(fù)，Ub4Ub4恒為正，使恒為正，使V3V3截止，

30、截止，V4V4常通。希望電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，常通。希望電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，Ub3Ub3恒為正，恒為正，Ub4Ub4恒為負(fù)，使恒為負(fù)，使V3V3常通，常通，V4V4截止。換句話說，截止。換句話說，V3V3截截止，止，V4V4飽和導(dǎo)通，而飽和導(dǎo)通，而V1V1、V2V2工作在交替開關(guān)狀態(tài)，控制電工作在交替開關(guān)狀態(tài)，控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；若動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；若V4V4截止，截止，V3V3飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通，VlVl、V2V2工作在交替開工作在交替開關(guān)狀態(tài)，控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。很顯然，在電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，電關(guān)狀態(tài)，控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。很顯然，在電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，電樞兩端電壓樞兩端電壓UAB=UdUAB=Ud或或UAB=0UAB=0，如圖，如圖7

31、-20c7-20c所示。在電動(dòng)機(jī)反所示。在電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，電樞兩端電壓轉(zhuǎn)時(shí)，電樞兩端電壓UAB=-UdUAB=-Ud或或UAB=0UAB=0。其特點(diǎn)是：在正轉(zhuǎn)。其特點(diǎn)是：在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，只可能分別存在一個(gè)極性的電壓，故稱為單極或反轉(zhuǎn)時(shí)，只可能分別存在一個(gè)極性的電壓，故稱為單極式變換器。式變換器。單極性電壓開關(guān)單極性電壓開關(guān)PWMPWM法波形法波形 圖圖7-13 7-13 單極性電壓開關(guān)波形單極性電壓開關(guān)波形 第六節(jié)第六節(jié) 直流電壓變換電路的應(yīng)用實(shí)例直流電壓變換電路的應(yīng)用實(shí)例 一、具有復(fù)合制動(dòng)功能的斬波調(diào)速電路一、具有復(fù)合制動(dòng)功能的斬波調(diào)速電路 如圖如圖7-14 7-14 所示，為具有復(fù)合制動(dòng)功能

32、的斬波調(diào)速系統(tǒng)的主電所示，為具有復(fù)合制動(dòng)功能的斬波調(diào)速系統(tǒng)的主電路。能實(shí)現(xiàn)牽引、再生電阻復(fù)合制動(dòng)功能，可用于城市無路。能實(shí)現(xiàn)牽引、再生電阻復(fù)合制動(dòng)功能，可用于城市無軌電車。軌電車。 圖圖7-14 GTO7-14 GTO斬波調(diào)速系統(tǒng)主電路斬波調(diào)速系統(tǒng)主電路 具有復(fù)合制動(dòng)功能的斬波調(diào)速電路工作原理分析具有復(fù)合制動(dòng)功能的斬波調(diào)速電路工作原理分析 牽引工況時(shí)，接觸器牽引工況時(shí)，接觸器KMlKMl、KM2KM2、KM3KM3、KM4-lKM4-l、KM4-2KM4-2閉閉合，形成牽引回路，合，形成牽引回路，GTOGTO導(dǎo)通時(shí)其電流回路為：電源導(dǎo)通時(shí)其電流回路為：電源Ud+KM3KM4-lKM4-2LGT

33、OUd+KM3KM4-lKM4-2LGTO電源電源Ud-Ud-，電源，電源UdUd向電向電動(dòng)機(jī)供電。動(dòng)機(jī)供電。GTOGTO關(guān)斷時(shí)電流回路為：電動(dòng)機(jī)關(guān)斷時(shí)電流回路為：電動(dòng)機(jī)MKM4-MKM4-2LHLVDlKM3KM4-1M2LHLVDlKM3KM4-1M。這樣在電動(dòng)機(jī)兩端可得。這樣在電動(dòng)機(jī)兩端可得到一個(gè)脈動(dòng)電壓，其平均值到一個(gè)脈動(dòng)電壓，其平均值UmUm與電源電壓與電源電壓UdUd的關(guān)系為的關(guān)系為 Um=kUd Um=kUd 由此可知，改變斬波器占空比由此可知，改變斬波器占空比k k就可調(diào)節(jié)就可調(diào)節(jié)UmUm值，從而達(dá)到值，從而達(dá)到調(diào)速的目的。調(diào)速的目的。 具有復(fù)合制動(dòng)功能的斬波調(diào)速電路工作原理分

34、析具有復(fù)合制動(dòng)功能的斬波調(diào)速電路工作原理分析 電制動(dòng)分為再生制動(dòng)和能耗制動(dòng)，主要根據(jù)電源電壓和電制動(dòng)分為再生制動(dòng)和能耗制動(dòng)，主要根據(jù)電源電壓和負(fù)載情況而定。負(fù)載情況而定。 再生制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)時(shí)，GTOGTO導(dǎo)通時(shí)的電流通路為電動(dòng)機(jī)導(dǎo)通時(shí)的電流通路為電動(dòng)機(jī)A A端端KM5-2LHLGTOVD2KM5-1KM5-2LHLGTOVD2KM5-1電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)B B端，這一過端，這一過程是電流上升的建能階段。程是電流上升的建能階段。GTOGTO關(guān)斷時(shí)的電流通路為電動(dòng)機(jī)關(guān)斷時(shí)的電流通路為電動(dòng)機(jī)A A端端KM5-2LVDlKM5-2LVDl電源電源KM6-1KM6-1電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)B B端，這一階端，這一階

35、段將能量回饋給電源實(shí)現(xiàn)能量再生。段將能量回饋給電源實(shí)現(xiàn)能量再生。 能耗制動(dòng)時(shí)，當(dāng)能耗制動(dòng)時(shí)，當(dāng)GTOGTO導(dǎo)通時(shí)，電流通路與再生時(shí)第一階段導(dǎo)通時(shí)，電流通路與再生時(shí)第一階段一樣。在關(guān)斷一樣。在關(guān)斷GTOGTO的同時(shí)觸發(fā)晶閘管的同時(shí)觸發(fā)晶閘管VTlVTl，電流通路為電動(dòng)，電流通路為電動(dòng)機(jī)機(jī)A A端端KM6-2LHLRzVT1VD2KM6-1KM6-2LHLRzVT1VD2KM6-1電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)B B端，端，這一階段將能量消耗在電阻這一階段將能量消耗在電阻RzRz上。上。 二、高頻感應(yīng)加熱電源二、高頻感應(yīng)加熱電源 如圖如圖7-157-15所示為高頻感應(yīng)加熱電源的主電路。由功率二極所示為高頻感應(yīng)加熱電源的主電路。由功率二極管管VDlVDlVD6VD6組成的三相不可控整流輸出電壓，經(jīng)斬波器組成的三相不可控整流輸出電壓，經(jīng)斬波器VoVo調(diào)壓后為調(diào)壓后為V1V1V4V4組成的逆變器提供大小可調(diào)的直流電壓。組成的逆變器提供大小可調(diào)的直流電壓。 圖圖7-15 7-15 高