直流斩波电路与交流电力控制电路.ppt

1,第3章直流斩波电路与交流电力控制电路,直流斩波电路DC-DC变换电路，将电压恒定的直流电能变为幅值可调或另一幅值的直流电能。直流电动机调速、直流电焊机等。,交流变换电路AC-AC变换电路，将某种参数的交流电能变为另一种参数的交流电能，包括电压或电流、频率、相位、相数等的变换。交流电力控制电路则主要指AC-AC变换电路中的交流调压、调功、交流电力开关等电力控制电路。,2,第3章直流斩波电路与交流电力控制电路,3.1DC-DC变换电路概述3.2非隔离型DC-DC变换电路3.3隔离型DC-DC变换电路3.4交流电力控制器,3,3.1DC-DC变换电路概述,升压,降压,隔离型,非隔离型,DC-DC变换电路,升降压,4,假定DC-DC变换电路由理想元件构成输入电源内阻为零输出端接有足够大的滤波电容,5,基本概念稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内的平均值为零。电路处于稳态时，电路中的电压、电流等变量都是按开关周期严格重复的，因此每一开关周期开始时的电感电流值必然都相等，而电感电流通常是不会突变的，故开关周期开始时的电感电流值等于上一个开关周期结束时的电感电流值，因此，开关周期开始时的电感电流值一定等于开关周期结束时的电感电流值。推导稳态条件下电容电流在一个开关周期内的平均值为零。,6,基本要求当负载或输入电压波动时，使平均输出电压控制在一定偏差范围内。控制方式1定频调宽2定宽调频3调频调宽,7,控制方式1定频调宽定频指保持开关周期、工作频率不变，即Ttontoff恒定，调宽指改变开关导通时间ton来改变占空比D，从而改变输出直流电压平均值。称为脉宽调制型（PWM型）。2定宽调频定宽指保持开关导通时间ton不变，调频指调节开关工作周期T来改变占空比D，从而改变输出直流电压平均值。称为频率调制型（PFM）。,8,控制方式3调频调宽混合此种方式是前两种方式的综合，开关导通时间ton与开关工作频率f均可变，控制比较复杂。通常用于需大幅度改变输出电压数值的场合。,9,第3章直流斩波电路与交流电力控制电路,3.1DC-DC变换电路概述3.2非隔离型DC-DC变换电路3.3隔离型DC-DC变换电路3.4交流电力控制器,10,3.2非隔离型DC-DC变换电路,升压,降压,非隔离型,升降压,Sepic,Cuk,Zeta,11,3.2非隔离型DC-DC变换电路,3.2.1降压Buck斩波电路3.2.2升压Boost斩波电路3.2.3升降压BuckBoost斩波电路3.2.4Cuk斩波电路3.2.5Sepic斩波电路3.2.6Zeta斩波电路,12,3.2.1降压BUck斩波电路,平均直流输出电压低于直流输入电压的变换电路称为降压DC-DC变换电路。实际应用的降压斩波器由全控型器件（如IGBT）、二极管和LC低通滤波器构成。电感电流连续和电感电流断续两种工作模式。,,,,13,,14,t0时，驱动开关导通，在ton区间二极管VD反偏截止，电源能量加到电感、电容及负载上。电感两端呈现正向电压Ui-Uo，储能。在该电压作用下电感电流上升。tt1时，开关关断，电感反电势（左负右正）使二极管VD正偏导通，电感储存的能量经VD传给负载，电感两端电压呈现负电压-Uo。在该电压作用下电感电流衰减。在整个工作过程中，电容电流iC为电感电流与负载电流之差，其平均值为零。电容电压uc与负载电压uo相同，有脉动。选择低通滤波器LC参数使截止频率远小于开关频率，基本消除这一脉动。由于LC低通滤波器的作用，输出电流谐波含量远小于输入电流，为减小对电源的谐波干扰，一般需采用输入滤波器。,15,负载电压平均值为,式中，ton为S处于通态的时间；toff为S处于断态的时间；T为开关周期；D为导通占空比（简称占空比或导通比）。降压斩波电路（Buck）输出到负载的电压平均值U0最大为Ui，若减小占空比D，则U0随之减小。与输入电压极性相同。,16,忽略损耗,在连续电流方式下，可把降压换流器看作一直流变压器，其等效变比可通过调节占空比在0到1之间连续变化。,17,电感电流断续，在工程实际中避免,,18,负载中L值较小，则在S关断后，到了t2时刻，负载电流已衰减为零，会出现负载电流断续。一般不希望出现电流断续的情况。,19,3.2非隔离型DC-DC变换电路,3.2.1降压Buck斩波电路3.2.2升压Boost斩波电路3.2.3升降压BuckBoost斩波电路3.2.4Cuk斩波电路3.2.5Sepic斩波电路3.2.6Zeta斩波电路,20,3.2.2升压Boost斩波电路,平均直流输出电压高于直流输入电压的变换电路称为升压DC-DC变换电路。电感电流连续和电感电流断续两种工作模式。,,,21,,,22,t0时，驱动开关导通，二极管VD反偏截止使输入输出隔离，输入的能量储存在电感中不能输出，电感电流上升。两端呈现正向电压Ui。tt1时，开关关断，输入的能量与电感储存的能量一起传给负载，电感两端电压Ui-Uo，电感释放能量，电感电流衰减。,23,负载电压平均值为,式中，ton为S处于通态的时间；toff为S处于断态的时间；T为开关周期；D为导通占空比（简称占空比或导通比）。升压斩波电路（Boost）00，而ub0，故VT5承受正向电压，不能关断；而ub0且低于n’点电位，故VT6承受正向电压，不能关断。,103,13）在wt390时刻，VT6、VT1触发。因为ubc≠0，ibn’≠0，VT5、VT6仍然导通，n’点电位ub－ubc/2ub/2uc/20，故VT1承受正向电压，导通。VT5、VT6、VT1同时导通。n’点电位0。uan’ua，ian’uan’/R。VT5、VT6、VT1承受正向电压，不能关断。,104,1）0≤a60，三个晶闸管导通与两个晶闸管导通交替，每个晶闸管导通角度为180－a。但a0时，一直是三管导通,2）60≤a90，任一时刻两个晶闸管导通，每个晶闸管导通角度120,105,3）90≤a150，两个晶闸管导通与无晶闸管导通交替，每个晶闸管导通角度为300－2a，导通角度被分割为不连续的两部分，在半周波内形成两个断续的波头，各占150-a。,106,3.4交流电力控制器,3.4.1交流调压电路3.4.2交流调功电路3.4.3交流无触点开关,107,交流调功电路与交流调压电路电路形式完全相同，只是控制方法不同。交流调功电路不是在每个交流电源周期都对输出电压波形进行控制，而是将负载与交流电源接通几个整周波，再断开几个整周波，通过改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。周波控制器,3.4.2交流调功电路,108,因其直接调节对象是电路的平均输出功率,所以称为交流调功电路通常控制晶闸管导通时刻都是在电源电压过零的时刻（零触发），在交流电源接通期间，负载电压电流都是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。,3.4.2交流调功电路,109,设控制周期为M倍电源周期，其中晶闸管在前N个周期导通，后M－N个周期关断，当M3、N2时的电路波形如图所示，负载电压和负载电流的重复周期为M倍电源周期。电阻负载时，负载电流波形和负载电压波形相同。,110,3.4交流电力控制器,3.4.1交流调压电路3.4.2交流调功电路3.4.3交流无触点开关,111,3.4.3交流电力电子开关,交流电力电子开关把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关。,与机械开关相比,响应速度快没有触点寿命长可以频繁控制通断,,与交流调功电路的区别,并不控制电路的平均输出功率通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开控制频度通常比交流调功电路低得多,,,112,两个反并联的晶闸管起着把C并入电网或从电网断开的作用。串联电感很小，只是用来抑制电容器投入电网时可能出现的冲击电流。为避免容量较大的电容器组同时投入或切断对电网造成较大冲击，一般把电容器分成几组。根据电网对无功的需求而改变投入电容器的容量。TSC实际上成为断续可调的动态无功功率补偿器。,晶闸管投切电容器,