哈尔滨工业大学课件 电力电子技术46

电力电子技术第46讲8组合变流电路（2）哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.2电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育本讲是第8章组合变流电路的第2讲，上1讲的主要内容是：‡8.1间接交流变流电路本讲学习：‡8.2间接直流变流电路哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.3电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育8.2间接直流变流电路‰采用这种结构的变换原因：输出端与输入端需要隔离。某些应用中需要相互隔离的多路输出。输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。工作频率高于20kHz这一人耳的听觉极限，可避免变压器和电感产生噪音。变压器整流电路滤波器直流交流交流脉动直流直流逆变电路间接直流变流电路的结构间接直流变流电路：先将直流逆变为交流，再整流为直流电，也称为直-交-直电路。电路的种类:正激电路,反激电路,半桥电路,全桥电路,推挽电路哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.4电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育1.正激电路正激电路的原理图正激电路的理想化波形SuSiLiSOttttUiOOO开关S开通后，变压器绕组W1两端的电压为上正下负，与其耦合的W2绕组两端的电压也是上正下负。因此VD1处于通态，VD2为断态，电感L的电流逐渐增长；S关断后，电感L通过VD2续流，VD1关断。变压器的励磁电流经N3绕组和VD3流回电源。正激电路(Forward)的工作过程输出电压输出滤波电感电流连续的情况下TtNNUUon12io=(8-1)哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.5电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育2.反激电路反激电路的理想化波形SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO反激电路原理图S开通后，VD处于断态，W1绕组的电流线性增长，电感储能增加；S关断后，W1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD向输出端释放。电流连续模式：当S开通时，W2绕组中的电流尚未下降到零。输出电压关系：offon12iottNNUU=(8-2)哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.6电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育3.半桥电路S1与S2交替导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui/2的交流电压。改变开关的占空比，就可以改变二次侧整流电压ud的平均值，也就改变了输出电压Uo。S1导通时，二极管VD1处于通态，S2导通时，二极管VD2处于通态;当两个开关都关断时，变压器绕组N1中的电流为零，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流。S1或S2导通时电感L的电流逐渐上升，两个开关都关断时，电感L的电流逐渐下降。S1和S2断态时承受的峰值电压均为Ui。工作过程半桥电路原理图S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iD2tTttttttttonUiUiiLiLOOOOOOOO半桥电路的理想化波形哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.7电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育数量关系由于电容的隔直作用，半桥电路对由于两个开关导通时间不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动平衡作用，因此不容易发生变压器的偏磁和直流磁饱和。当滤波电感L的电流连续时：TtNNUUon12io=S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iD2tTttttttttonUiUiiLiLOOOOOOOO半桥电路的理想化波形(8-3)哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.8电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育4.全桥电路全桥电路中，互为对角的两个开关同时导通，同一侧半桥上下两开关交替导通，使变压器一次侧形成幅值为Ui的交流电压，改变占空比就可以改变输出电压。当S1与S4开通后，VD1和VD4处于通态，电感L的电流逐渐上升；S2与S3开通后，二极管VD2和VD3处于通态，电感L的电流也上升。当4个开关都关断时，4个二极管都处于通态，各分担一半的电感电流，电感L的电流逐渐下降。S1和S2断态时承受的峰值电压均为Ui。工作过程全桥电路原理图S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iD2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO全桥电路的理想化波形哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.9电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育z如果S1、S4与S2、S3的导通时间不对称，则交流电压uT中将含有直流分量，会在变压器一次侧产生很大的直流分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生，也可在一次侧回路串联一个电容，以阻断直流电流。.数量关系滤波电感电流连续时：TtNNUUon12io2=全桥电路原理图S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iD2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO全桥电路的理想化波形(8-4)哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.10电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育5.推挽电路推挽电路原理图S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iD2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO推挽电路的理想化波形推挽电路中两个开关S1和S2交替导通，在绕组N1和N,1两端分别形成相位相反的交流电压。S1导通时，二极管VD1处于通态，电感L的电流逐渐上升。S2导通时，二极管VD2处于通态，电感L电流也逐渐上升。当两个开关都关断时，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流。S1和S2断态时承受的峰值电压均为2倍Ui。工作过程哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.11电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育数量关系S1和S2同时导通，相当于变压器一次侧绕组短路，因此应避免两个开关同时导通。滤波电感L电流连续时：TtNNUUon12io2=推挽电路原理图S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iD2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO推挽电路的理想化波形哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.12电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育电路优点缺点功率范围应用领域正激电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单变压器单向激磁，利用率低几百W~几kW各种中、小功率电源反激电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变压器单向激磁，利用率低几W~几十W小功率电子设备、计算机设备、消费电子设备电源。全桥变压器双向励磁，容易达到大功率结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路几百W~几百kW大功率工业用电源、焊接电源、电解电源等半桥变压器双向励磁，没有变压器偏磁问题，开关较少，成本低有直通问题，可靠性低，需要复杂的隔离驱动电路几百W~几kW各种工业用电源，计算机电源等推挽变压器双向励磁，变压器一次侧电流回路中只有一个开关，通态损耗较小，驱动简单有偏磁问题几百W~几kW低输入电压的电源各种不同的间接直流变流电路的比较哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.13电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育b)全桥整流电路6.双端电路的整流电路双端电路中常用的整流电路形式为全波整流电路和全桥整流电路。a）全波整流电路全波整流电路优点：电感L的电流回路中只有一个二极管压降，损耗小，而且整流电路中只需要2个二极管，元件数较少。缺点：二极管断态时承受的反压较高，对器件耐压要求较高，而且变压器二次侧绕组有中心抽头，结构较复杂。适用场合：输出电压较低的情况下（100V）。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.14电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育全桥整流电路优点：二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组简单。缺点：电感L的电流回路中存在两个二极管压降，损耗较大，而且电路中需要4个二极管，元件数较多。适用场合：高压输出的情况下。b)全桥整流电路a）全波整流电路哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.15电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育同步整流电路：z当电路的输出电压非常低时，可以采用同步整流电路，利用低电压MOSFET具有非常小的导通电阻的特性降低整流电路的导通损耗，进一步提高效率。同步整流电路原理哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.16电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育7.开关电源‡如果间接直流变流电路输入端的直流电源是由交流电网整流得来，所构成的交－直－交－直电路，通常被称为开关电源。‡由于开关电源采用了工作频率较高的交流环节，变压器和滤波器都大大减小，体积和重量都远小于相控整流电源，此外，工作频率的提高还有利于控制性能的提高。哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.17电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育交流电源、直流负载时电力电子变换系统方案比较哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.18电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育本讲总结重点：间接直流变流电路的结构和种类难点：各种不同的间接直流变流电路的特点本讲学习了：‡8.2间接直流变流电路间接直流变流电路的结构和种类应用：开关电源第8章习题哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.19电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育本章总结1)间接交流变流电路可分为电压型和电流型，掌握他们的各种构成方式及特点；2)交直交变频器与交流电机构成变频调速系统，重点理解恒压频比控制方法；3)CVCF变流电路主要用于UPS，掌握其基本构成方式、特点及主电路结构；8.1间接交流变流电路哈尔滨工业大学远程教育文件:电力电子技术46.20电力电子技术组合变流电路(2)哈尔滨工业大学远程教育1)间接直流变换电路中的能量转换过程为直流—交流—直流，交流环节含有变压器；典型应用为开关电源.2)常见的间接直流变换电路可以分为单端和双端电路两大类。单端电路包括正激和反激两类；双端电路包括全桥、半桥和推挽三类。每一类电路都可能有多种不同的拓扑形式或控制方法，它们具有各自的特点和不同的应用场合。3）双端电路的整流电路可以有多种形式，本章介绍了常用的全桥和全波两种，它们具有各自的特点和不同的应用场合。8.2间接直流变流电路结束