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第五章直流斩波电路第一节直流斩波的工作原理第二节直流斩波器基本电路第三节普通晶闸管组成的直流斩波电路第四节全控型器件组成的斩波电路应用实例第五节多相多重斩波电路第六节间接直流变流电路第一节直流斩波的工作原理将直流电源的恒定直流电压，通过电力电子器件的开关作用，变换为可调直流电压的装置称为直流斩波器。直流斩波器亦称直流—直流变流器或直接直流变流装置，它具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点，现广泛应用于直流牵引变速拖动中，如由直流电网供电的地铁车辆、城市无轨电车和电动汽车等；直流斩波器还广泛应用于可调整直流开关电源和电池供电的设备中，如通信电源、电子笔记本、计算器、远程控制器和手提电话等。一、时间比控制方式1）脉冲宽度控制也称定频调宽式。此方式电力电子器件的通断频率（通断周期Ｔ）一定，调节脉冲宽度τ，τ值在0～T之间变化，负载电压在0～U之间变化。2）脉冲频率控制也称定宽调频式。此方式脉冲宽度τ一定，改变电力电子器件通断频率ƒ，ƒ=1／T。ƒ增加Ｔ减小使Ｔ＝τ时电路全导通，ud＝U；ƒ下降周期Ｔ增大时，ud减小。3）脉冲混合控制。即同时改变ƒ和τ。二、瞬时值和平均值控制1．瞬时值控制电流瞬时值与预先设定的直流电流的上限值Ｉmax和下限值Ｉmin相比较，如电流的瞬时值小于电流的下限值，控制斩波器开通，如电流的瞬时值大于电流的上限值，控制斩波器关断。这种控制方式称为瞬时值控制。2．平均值控制用负载电流的平均值与电流给定值相比较，用其偏差值去控制斩波器的开通和关断称为平均值控制。第二节直流斩波器基本电路常用的直流斩波器有：①降压斩波器；②升压斩波器；③升降压斩波器；④双象限斩波器；⑤四象限斩波器。下面分别介绍其基本电路及工作原理。一、降压斩波器二、升压斩波器三、双象限斩波器（一）A型双象限斩波器A型双象限斩波器指输出平均电流极性可变，但输出电压平均值极性始终为正，即电路工作在第一和第二象限。（二）B型双象限斩波器B型双象限斩波器是指输出电压极性可变，但输出电流平均值始终为正，电路工作在第一和第四象限。1．工作在第一象限2．工作在第四象限电路工作有三种方式：1）两斩波器件CHl和CH2同时导通，且，电机吸收能量。2）其中一个斩波器件和一个二极管同时导通，ud=0，id经这二个导通管续流。3）两二极管VDl和VD2同时导通，两斩波器件CHl和CH2同时关断，且UE，电机放出能量。四、四象限斩波器四象限斩波电路。其输出电压幅值和极性可变。1）斩波器件CH4始终导通，斩波器件CH3始终关断，这时该电路同图等效，控制斩波器件CHl和CH2的导通，电路工作在第一和第二象限。2）斩波器件CH2始终导通，斩波器件CHl始终关断，电路等效。输出电压ud的极性始终为左负右正，控制斩波器件CH3和CH4的导通，电路工作在第三和第四象限。一、斩波器换流电路1．电压换流电路其换流原理是对电容C进行预充电，极性为左负右正。当开关Q闭合，晶闸管二端承受反压关断。注意加在晶闸管VT二端的反压时间要大于晶闸管的关断时间，才能使晶闸管VT可靠关断。第三节普通晶闸管组成的直流斩波电路2．电流换流电路其换流原理同样是对电容Ｃ进行预充电，极性为左负右正。当开关Q闭合，换流电感L和电容Ｃ组成振荡电路，产生电流ic，其方向同iＴ方向相反。当id＝ic时，iＴ＝０，晶闸管VT关断，使二极管VD1导通，并使晶闸管VT承受反压。同样要注意加在晶闸管二端的反压时间要大于晶闸管的关断时间。二、TGC－I型无轨电车晶闸管斩波调速装置电气主电路原理图，它主要适用于ZQ—60、DQ—14／86、ZQ—90直流牵引电动机，斩波器的工作频率为125Hz，直流电源输入电压为600V。1．直流斩波器工作原理VT1为斩波器主晶闸管，VT2为斩波器辅晶闸管，Ｃ和L1组成振荡电路，与ＶＤ1、ＶＤ2、L2组成VT1管的换流关断电路。脉冲宽度控制直流斩波电路工作过程2．主电路中各元件的作用ＶＤ0：防止直流斩波器被加上反向电压。ＴＰ：由霍尔元件组成的电流变换器。电阻ＲＴ和晶闸管ＶＴ3组成削磁回路，目的在于进一步提高车速。３．换流电容Ｃ和换流电感Ｌ1的确定斩波器正常工作的关键是靠充电的换流电容给晶闸管VT1以反压，保证管子能关断并恢复正向阻断特性。三、逆导晶闸管与逆导型斩波器在前面讨论的斩波器中，经常将晶闸管与整流二极管反并联使用，逆导晶闸管就是根据这一使用要求研制的新型器件，它将晶闸管和整流二极管制作在同一管芯上，其符号与等效电路。与普通晶闸管相比，逆导晶闸管具有正向压降小、关断时间短以及高温特性好等优点。第四节全控型器件组成的斩波电路应用实例GTO斩波调速系统主电路，能实现牵引、能耗和回馈制动功能，可用于城市的无轨电车。主电路的构成主要由一只可关断晶闸管GTO、续流二极管ＶＤ1、制动回路二极管VD2和串励直流电动机M所组成。电路中HL是霍尔电流检测装置，Ｒz是能耗制动电阻，VTl是能耗制动用的快速晶闸管，CF是滤波电容，LF是滤波电感，L是励磁绕组。下面分牵引工况、牵引－制动转换和电制动三种情况说明其工作过程。1．牵引工况2．牵引－制动转换3．电制动在一个电源和一个负载之间接入多个基本斩波电路而组成的电路称为多相多重斩波电路。第五节多相多重斩波电路1）导通比，二个斩波器件ＣＨ1和ＣＨ2的输出电压在相位上相隔T／2工作，二个斩波器件的导通时间不会重合，这样就会出现两种运行方式。1，其中一个斩波器件CHl或CH2和两个二极管导通。在方式０和方式１时，电路以2倍于单个斩波电路的频率工作，辅出电流id为各项电流id1和id2之和，其平均值为一相的2倍，其频率是id1和id2频率的2倍。根据以上分析，我们知道多相多重斩波电路具有以下特点：2)导通比，出现两个斩波器件CHl或CH2同时导通的方式2，而且在任一时刻，至少有一个斩波器件导通，不会出现方式０，输入电流iCH为零的时刻也不会出现，各电量波形。1）输出电流脉动率减小，有利于电机的运行。2）平波电抗器的重量和体积可明显降低。3）滤波器的效果会增加。4）线路较单个斩波电路复杂，尤其是控制电路。5）由单个斩波器并联构成，总的可靠性可提高。用电力电子器件将一种直流电压先变为交流电压，再变为极性、电压值不同的另一种直流电压的变流电路，被称作间接直流变流电路。第六节间接直流变流电路一、单管传输型变流电路其基本线路和部分波形。这是一种当开关器件Ｖ接通时向二次线圈供能的方式，在向变压器TR的一次线圈Nl外加输入电压的同时，由二次线圈N2感应的电压通过二极管VDl加以整流，并在Ｖ断开时，利用电感L的储能通过续流二极管VD2再由输出滤波器LC加以平波供给负载。Ｖ在t1时刻导通，VD截止，E加在一次线圈N1上，在二次线圈N2上感应出（N2／N1）×Ｅ电压，这时输出电压Ｕ0为单管传输型变流电路比较简单，适用于中小容量输出，而且容易适应高频化，缺点是变压器TR只能外加单向电压，变压器利用率较低，输出滤波器容量也较大。二、推挽式变流电路这是一种适合中容量至大容量的方式，其基本电路和波形。三、半桥式和全桥式变流电路半桥式电路全桥式电路四、MOSFET整流电路由于MOSFET具有开关频率高、驱动功率小、无二次击穿等优点，故在低压便携式电源中较多采用MOSFET作为整流器件。但有一缺点就是当变压器TR和导通压降小没有电压期间（死区时间），VM3和VM4都关断了，因此在TR的一次侧进行脉冲宽度控制情况下，VM3和VM4的寄生二极管的电压降很大，并且因反向恢复时间长而使损耗增大。当VM1导通VM2关断时，电路，VM3导通，ＴＲ2的一次电压为ＴＲ2的一次电压为VM3的栅极驱动电压当VM2导通VM1关断时，电路，VM4导通，ＴＲ1的一次电压为ＴＲ1的一次电压为各点电压波形。