電力電子課件—第五章—斬波技術(shù)

1、第第5章章 斬波技術(shù)斬波技術(shù)5.15.1基本斬波電路基本斬波電路3.1.1 3.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路3.1.2 3.1.2 升壓斬波電路升壓斬波電路3.1.3 3.1.3 升降壓斬波電路和升降壓斬波電路和CukCuk斬波電路斬波電路3.1.4 Sepic3.1.4 Sepic斬波電路和斬波電路和ZetaZeta斬波電路斬波電路 5.25.2復(fù)合斬波電路和多相多重斬波電路復(fù)合斬波電路和多相多重斬波電路3.2.1 3.2.1 電流可逆斬波電路電流可逆斬波電路 3.2.2 3.2.2 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路3.2.3 3.2.3 多相多重斬波電路多相多重斬波電路直流斬波電路直流

2、斬波電路(DC Chopper , DC/DC Converter）功能功能：DC DC U=固定值固定值 或或 U如何改變直流電壓？如何改變直流電壓？1、干電池、蓄電池串聯(lián)使用；、干電池、蓄電池串聯(lián)使用； （低電壓、小容量且不連續(xù)改變）E ERRLVL+EVRRRLLL應(yīng)用：電力機(jī)車等應(yīng)用：電力機(jī)車等缺點：串電阻損耗大。缺點：串電阻損耗大。2 2、串入可變電阻調(diào)節(jié)；、串入可變電阻調(diào)節(jié)；直流斬波電路直流斬波電路如何改變直流電壓？如何改變直流電壓？3、用大功率開關(guān)器件、用大功率開關(guān)器件（SCR、GTO、GTR、 IGBT、 MOSFET）實現(xiàn)低損耗的實現(xiàn)低損耗的DC/DC變換，并能連續(xù)調(diào)節(jié)。變換

3、，并能連續(xù)調(diào)節(jié)。種類：種類：應(yīng)用：應(yīng)用：控制直流電機(jī)的電樞電流或勵磁電流調(diào)速?？刂浦绷麟姍C(jī)的電樞電流或勵磁電流調(diào)速。如：電力機(jī)車、電動汽車、電梯、機(jī)器人的伺服電動機(jī)如：電力機(jī)車、電動汽車、電梯、機(jī)器人的伺服電動機(jī) 斬波電路斬波電路（DC-DC變換器）變換器）直接斬波電路直接斬波電路（DC/DC）間接斬波電路（間接斬波電路（DC-AC-DC）斬波器的原理斬波器的原理 直流斬波電路直流斬波電路負(fù)載負(fù)載RL為理想電阻，為理想電阻，Q為開關(guān)；為開關(guān)；E ERLu uO O+i iO OQ Q分析分析：Q Q斷開，則斷開，則u uO O=0=0，i iO O=0 =0 。Q Q接通，則接通，則u uO

4、O=E=E，RL中流過電流中流過電流i iO O；波形：波形：to on ntoffoffu uO OU UO OE Eton on -導(dǎo)通時間導(dǎo)通時間toff off -關(guān)斷時間關(guān)斷時間直流斬波電路采用直流斬波電路采用斬控方式斬控方式，比相控，比相控方式性能更佳，因而應(yīng)用廣泛。方式性能更佳，因而應(yīng)用廣泛。v斬波電路的典型用途：拖動直流電動機(jī)，斬波電路的典型用途：拖動直流電動機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載，兩種情況下負(fù)載中也可帶蓄電池負(fù)載，兩種情況下負(fù)載中均會出現(xiàn)反電動勢，如圖中均會出現(xiàn)反電動勢，如圖中EM所示所示5.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路(Buck Chopper)tttOOOb)TEiGt

5、ontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEc)iGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMEV+-MRLVDa)ioEMuoiG降壓斬波電路的原理圖及波形降壓斬波電路的原理圖及波形a）電路圖）電路圖 b）電流連續(xù)時的波形）電流連續(xù)時的波形 c）電流斷續(xù)時的波形電流斷續(xù)時的波形v工作原理：工作原理： t=0時刻驅(qū)動時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，向負(fù)載供電，負(fù)載電壓負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上按指數(shù)曲線上升升t=t1時刻控制時刻控制V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)續(xù)流，負(fù)載電壓流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載

6、電流呈指數(shù)近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小，曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小，通常使串接的電感通常使串接的電感L值較大。值較大。5.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路n斬波電路三種控制方式（斬波電路三種控制方式（根據(jù)對輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同而劃分） T 不變，變不變，變ton 脈沖寬度調(diào)制（脈沖寬度調(diào)制（PWM） ton不變，變不變，變T 頻率調(diào)制（調(diào)頻型）頻率調(diào)制（調(diào)頻型） ton 和和T 都可調(diào)都可調(diào)混合型混合型上面三種控制方式中上面三種控制方式中第一種第一種PWMPWM方式應(yīng)用最多方式應(yīng)用最多tonontoffoffu uO OU UO OE ET

7、 T5.1.1 降壓斬波電路降壓斬波電路v直流電機(jī)斬波調(diào)速系統(tǒng)示意圖直流電機(jī)斬波調(diào)速系統(tǒng)示意圖u uO OR RE EMM+ L LP P 220V+ i iG Gi iO O驅(qū)動電路驅(qū)動電路5.1.2 升壓斬波電路升壓斬波電路（Boost Chopper)n1.升壓斬波電路的基本原理升壓斬波電路的基本原理n工作原理工作原理 假設(shè)L 值很大，C 值也很大V通時，E向L充電，充電電流恒為I1，同時C的電壓向負(fù)載供電，因C 值很大，輸出電壓uo為恒值，記為Uo 。設(shè)V通的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為 EVRLVDa)Cioi1iGuob)iGioI1OOtt升壓斬波電路及其工作波形a）電路

8、圖 b）波形on1tEI2. 升壓斬波電路的典型應(yīng)用升壓斬波電路的典型應(yīng)用 一是用于直流電動機(jī)傳動一是用于直流電動機(jī)傳動 二是用作單相功率因數(shù)校正（二是用作單相功率因數(shù)校正（PFC）電路）電路 三是用于其他交直流電源中三是用于其他交直流電源中EMttTEiOOb)tOTOEtc)VDLVa)EMuoi1i2I10I20I10tontoffuoioi1i2t1t2txtontoffI20uo用于直流電動機(jī)回饋能量的升壓用于直流電動機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及其波形斬波電路及其波形a） 電路圖電路圖 b） 電流連續(xù)時電流連續(xù)時c） 電流斷續(xù)時電流斷續(xù)時5.1.2 升壓斬波電路升壓斬波電路nV2和和V

9、D2構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動機(jī)的動能轉(zhuǎn)變構(gòu)成升壓斬波電路，把直流電動機(jī)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伒诫娫?，使電動機(jī)作再生制動運行，工作于為電能反饋到電源，使電動機(jī)作再生制動運行，工作于第第2象限象限nV1和和VD1構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動機(jī)供電，構(gòu)成降壓斬波電路，由電源向直流電動機(jī)供電，電動機(jī)為電動運行，工作于第電動機(jī)為電動運行，工作于第1象限象限tta)OOb)ELV1VD1uoioV2VD2EMuoioiV1iD1iV2iD2MR電流可逆斬波電路及其波形電流可逆斬波電路及其波形a） 電路圖電路圖 b） 波形波形5.2.1 電流可逆斬波電路 5.2.2 橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路 使V4保持通時，等效為下圖所示的電流可逆斬波電路，向電動機(jī)提供正電壓，可使電動機(jī)工作于第1、2象限，即正轉(zhuǎn)電動和正轉(zhuǎn)再生制動狀態(tài) 使V2保持通時，V3、VD3和V4、VD4等效為又一組電流可逆斬波電路，向電動機(jī)提供負(fù)電壓，可使電動機(jī)工作于第3、4象限 ELR+