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1、主电路的拓扑结构与控制方式,基本构成: 四类基本电路 AC/DC整流 DC/DC斩波 DC/AC逆变 AC/AC周波变换,交流调压或调功控制,DC/DC: 基本直流变换电路: 1)Buck(降压): Vo DVd,这里D ton / Ts,2)Boost(升压):Vo Vd /(1 D),3)BuckBoost:,4)Cuk:,Vo D,Vd 1 D,Vo D,Vd 1 D,5)全桥变换器四象限工作,6)各种 DC-DC 变换器的比较,功率传输 Buck, Boost, Buck-Boost, Ck 变换器中功率的传递方向只能为单向传输 全桥变换器功率输出电压和电流均正可负,可以双向传输功率
2、器件的利用率,对非隔离的 DC-DC 变换器, 从 提高器件的利用率来考虑应采 用简单的 Buck 或 Boost 电 路,有利于降低成本和提高效率,带隔离的变换器 要求输出与输入隔离或输出与输入电压之比远小于或远大于1,要求有多个输出:,1) 正激变换器(Buck电路演变而来),Vo,Vd, D,Vo,Vd N1, N2 D,考虑变压器磁通复位的实际电路: B B S,B R O H,2) 反激变换器(BuckBoost电路演变而来),Vo N2 D,Vd N1 1 D,Vo D,Vd 1 D,3) 半桥变换器,4) 全桥变换器,Vo,Vd N1, N2 D,Vo,Vd N1, 2 N2 D
3、,5) 推挽变换器,Vo,Vd N1, 2 N2 D,DC/AC:PWM单相(三相)逆变器,方波逆变器 1) 半桥逆变电路,2) 全桥逆变电路,3) 三相逆变电路,控制方式:,SPWM:,幅值调制比,tri,control,a,m,V, V,频率调制比,1,f,m,f, fs,m 1,a 时,2 2,a a,基波:Vo1 k (ma )Vd ma /2 2 0.354ma,k(ma ) ma / 2 0.707ma,3 m 0.612m,方波控制:,a,k (m ) ,2 / 0.45 2 2 / 0.9 6 / 0.7797,半桥逆变电路,全桥逆变电路,三相逆变电路,半桥逆变电路,全桥逆变电
4、路,三相逆变电路,在输入输出需要隔离,或输出电压与输入电压相差很大时需要插入 变压器: 单级逆变器,内高频环逆变器:采用内高频环节可以在内高频环节采用较高的工 作频率,从而减小变压器和滤波电感、电容的体积,AC/DC: 1)单相或三相全桥,2)带PFC的高频整流电路 功率因数:,1,1,s s1,s1,s s s,S V I,I,V I cos I,PF Pav , cos,s,取决于:位移因数cos1 Is1,s,和谐波含量 I 二极管整流电路: 位移因数cos1 接近1, 但输入电流中谐波分量很大 Is1,I,较小,晶闸管相控整流: 除输入电流谐波较大外, 位移因数cos1 cos,加入
5、Boost 电路后,电源 us 不 管处于任何相位,只要开关导 通,交流电源就有电流流过在 电感 Ld 上进行储能,开关关断 后电源us 和电感Ld 中储存的能 量一起通过二极管向滤波电容 充电和负载提供负载电流。只 要控制好开关,可以使电源电 流 is 为正弦且与电源电压 us 同 相位,基本达到单位功率因数 的水平。,3) PWM整流电路 采用SPWM控制,使交流输出端 形成一个与us频率相同的SPWM 波uAB,其相位决定了is的相位, 也决定了该电路的工作象限和应 用情况。,PWM整流电路其交、直流侧电压,网侧电流和功率因数均可控, 因此其应用范围极为广阔,该技术可用于高功率因数整流器
6、、静止 无功补偿器(SVC)、有源电力滤波器(APF)等领域。,UL,UR a)整流运行,UA,Is U s,b)逆变运行,Us,UR,UA,I,s,U,L,c)无功补偿运行,U s,U R,UA,Is,U L,AC/AC:功率控制器,电压控制器,周波变换器 间接AC/AC变流电路:ACDCAC结构 主要应用: VVVF交流变频调速器 交流调速传动系统:交流电动机结构简单,可靠性高维护成本低; 控制精度高,响应快速。采用变频调速方式时,无论电机转速高低, 转差功率的消耗基本不变,系统效率是各种交流调速方式中最高 的,具有显著的节能效果,是交流调速传动应用最多的一种方式。,CVCFUPS,市电正
7、常时,由市电供电,市电经整流器整流为直流,再逆变为50Hz 恒频恒压的交流电向负载供电。同时,整流器输出给蓄电池充电,保证蓄 电池的电量充足。此时负载可得到的高质量的交流电压,具有稳压、稳频 性能,也称为稳压稳频电源。市电异常乃至停电时,蓄电池的直流电经逆 变器变换为恒频恒压交流电继续向负载供电,供电时间取决于蓄电池容量 的大小。,ACDCAC主电路拓扑结构: 根据电路工作象限的要求进行选择 不具有电能反馈能力,如果 负载为电动机会有电能反馈到 中间电容,使电容电压升高。 电阻耗能电路,当电容电压升 到一定值,使Vo导通,将反馈能 量消耗在Ro上 整流和逆变均为PWM控制的电 压型间接交流变流
8、电路。能量可 双向流动。输入输出电流均为正 弦波,输入功率因数高,且可实 现电动机四象限运行。,系统控制方式: 逆变电路的方波控制:自身无调压功能,须借助于直流电压调整或 移相控制方式进行输出电压控制 逆变与直流变换器的PWM控制:目前应用最多的控制方式,其兼具 输出电压和频率控制的功能,控制的灵敏性得到提高,同时在输出 电压的频谱特性也大幅提高 可控整流电路的相位控制方式:技术成熟、价格低廉且可靠性高, 但其网侧功率因数低,谐波含量高,对电网污染较大 PWM整流控制:上述相控整流所带来的问题都可以迎刃而解 PWM 控 制 技 术 的 不 断 进 化 :PWM SPWM SVPWM SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation):直流电压利用效率 高、开关次数少和易于实现全数字化,