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1、第章电源变换技术基础 作者： 日期：2 第1章 电源变换技术基础在现代电源应用中，电力电子技术起到承上启下的作用。发电厂生产出来的电能通常是高压传输的，经过变电所将其变换成标准的交流电压。由于不同负载对电源的要求不同，很多负载要求的电源都需要加以变换才能应用，因此电力变换技术在实际电力应用中起到重要作用。在实际电力转换过程中，需要用电力电子器件构成电源变换电路，来实现不同电源之间的转换。基本的电源转换类型有直流-直流（DC-DC）变换、直流-交流（DC-AC）变换、交流-直流变换（AC-DC）变换和交流-交流（AC-AC）变换。1.1 常用电源变换电路1.1.1 AC-DC变换电路将交流电变换
2、成直流的过程称为AC-DC变换，也叫作整流。整流电路就是利用二极管或晶闸管的单向导电性将交流电源转换成直流电源的电路。1、 二极管整流电路二极管整流电路的电路形式见表1-1。二极管整流电路将输入的交流电源变换成不可控的直流电源，主要用于要求固定电压的负载。根据负载的要求不同，整流输出端采用的滤波电路也不同。要求电流稳定的负载一般只加电感滤波，要求电压稳定的负载，一般只加电容滤波，既要稳定电压又要稳定电流的负载需要加电感、电容组成LC滤波电路。加电感滤波可提高输入交流电源的功率因数，减小谐波。在以下电路参数计算与器件选择中，假定滤波电感Lf很大。（1） 单相半波二极管整流电路参数计算与器件选择二
3、极管VD1、VD2承受的最大反向电压为，流过VD1、VD2的电流平均值为 （1-1）流过VD1、VD2的电流有效值为 （1-2）选择二极管VD1、VD2的电压定额并留有裕量 （1-3）选择二极管VD1、VD2的通态平均电流定额并留有裕量 （1-4）其中IO为输出负载电流。（2） 单相全波二极管整流电路参数计算与器件选择二极管VD1、VD2承受的最大反向电压为2，流过VD1、VD2的电流平均值为 （1-5）流过VD1、VD2的电流有效值为 （1-6）表1-1常用二极管整流电路名称输出电压型输出电流型单相半波单相全波单相桥式三相半波三相桥式选择二极管VD1、VD2的电压定额并留有裕量 （1-7）选
4、择二极管VD1、VD2的通态平均电流定额并留有裕量 （1-8）其中IO为输出负载电流。（3） 单相桥式二极管整流电路参数计算与器件选择二极管VD1VD4承受的最大反向电压为，流过VD1VD4的电流平均值为 (1-9)流过VD1VD4的电流有效值为 (1-10)选择二极管VD1VD4的电压定额并留有裕量 （1-11）选择二极管VD1VD4的通态平均电流定额并留有裕量 （1-12）其中IO为输出负载电流。（4） 三相半波二极管整流电路参数计算与器件选择二极管VD1VD3承受的最大反向电压为 （1-13）流过VD1VD3的电流平均值为 （1-14）流过VD1VD3的电流有效值为 （1-15）选择二极
5、管VD1VD3的电压定额并留有裕量 （1-16）选择二极管VD1VD3的通态平均电流定额并留有裕量 （1-17）其中IO为输出负载电流，是输入变压器二次侧电压。（5） 三相桥式二极管整流电路参数计算与器件选择二极管VD1VD6承受的最大反向电压为 （1-18）流过VD1VD6的电流平均值为 （1-19）流过VD1VD6的电流有效值为 （1-20）选择二极管VD1VD6的电压定额并留有裕量 （1-21）选择二极管VD1VD6的通态平均电流定额并留有裕量 （1-22）其中IO为输出负载电流，是输入变压器二次侧电压。2、 晶闸管整流电路晶闸管整流电路将输入的交流电源变换成可控的直流电源，主要用于要求
6、电压可调节的负载。根据负载的要求不同，整流输出端采用的滤波电路也不同，具体要求和二极管整流电路相似。电路形式见表1-2。（1） 单相半波晶闸管整流电路参数计算与器件选择晶闸管VT承受的最大反向电压为，流过VT的电流平均值为 （1-23）流过VT的电流有效值为 （1-24）选择晶闸管VT的电压定额并留有裕量 （1-25）选择晶闸管VT的通态平均电流定额并留有裕量(=0时最大) （1-26）其中IO为输出负载电流。（2） 单相全波晶闸管整流电路参数计算与器件选择晶闸管VT1、VT2承受的最大反向电压为2，流过VT1、VT2的电流平均值为 （1-27）流过VT1、VT2的电流有效值为 （1-28）选
7、择晶闸管VT1、VT2的电压定额并留有裕量表1-2常用晶闸管整流电路名称输出电压型输出电流型单相半波单相全波单相桥式半控单相桥式全控三相半波三相桥式半控三相桥式全控选择晶闸管VT1、VT2的通态平均电流定额并留有裕量 （1-30）其中IO为输出负载电流。（3） 单相桥式半控晶闸管整流电路参数计算与器件选择晶闸管VT1、VT3和二极管VD2、VD4承受的最大反向电压为，流过VT1、VT3、VD2、VD4的电流平均值为 （1-31）流过VT1、VT3、VD2、VD4的电流有效值为 （1-32）选择VT1、VT3、VD2、VD4的电压定额并留有裕量 （1-33）选择VT1、VT3、VD2、VD4的通
8、态平均电流定额并留有裕量(=0时最大) （1-34）其中IO为输出负载电流。（4） 单相桥式全控晶闸管整流电路参数计算与器件选择晶闸管VT1VT4承受的最大反向电压为，流过晶闸管VT1VT4的电流平均值为 （1-35）流过晶闸管VT1VT4的电流有效值为 （1-36）选择晶闸管VT1VT4的电压定额并留有裕量 （1-37）选择晶闸管VT1VT4的通态平均电流定额并留有裕量 （1-38）其中IO为输出负载电流。（5） 三相半波晶闸管整流电路参数计算与器件选择晶闸管VT1、VT2、VT3承受的最大反向电压为 （1-39）流过VT1、VT2、VT3的电流平均值为 （1-40）流过VT1、VT2、VT
9、3的电流有效值为 （1-41）选择晶闸管VT1、VT2、VT3的电压定额并留有裕量 （1-42）选择晶闸管VT1、VT2、VT3的通态平均电流定额并留有裕量 （1-43）其中IO为输出负载电流，是输入变压器二次侧电压。（6） 三相桥式半控整流电路参数计算与器件选择晶闸管VT1、VT2、VT3和二极管VD2、VD4、VD6承受的最大反向电压为 （1-44）流过VT1、VT2、VT3和VD2、VD4、VD6的电流平均值为 （1-45）电流有效值为 （1-46）选择晶闸管VT1、VT2、VT3和VD2、VD4、VD6的电压定额并留有裕量 （1-47）选择晶闸管VT1、VT2、VT3的通态平均电流定额
10、并留有裕量 （1-48）（7） 三相桥式全控整流电路参数计算与器件选择晶闸管VT1VT6承受的最大反向电压为 （1-49）流过VT1VT6的电流平均值为 （1-50）流过VT1VT6的电流有效值为 （1-51） 选择晶闸管VT1VT6的电压定额并留有裕量 （1-52）选择晶闸管VT1VT6的通态平均电流定额并留有裕量 （1-53）其中IO为输出负载电流，是输入变压器二次侧电压。1.1.2 DC-DC变换电路DC-DC变换器按输入输出间是否有电气隔离分为两类：没有电气隔离的称为不隔离直流变换器，有隔离的称为隔离式直流变换器。不隔离直流变换器按开关器件个数分为单管、双管和四管三类。单管直流变换器有六种：Buck变换器，Boost变换器，Buck-Boost变换器，Ck变换器，Sepic变换器，Zeta变换器。双管DC-DC变换器有双管串接升压型Buck-Boost变换器。隔离DC-DC变换器，单管的有正激式和反激式两种，双管的有双管正激、双管反激、推挽和半桥等四种。全桥DC-DC变换器是常用的四管直流变换器。有隔离的变换器可以实现输入与输出间的电气隔离，通常采用变压器实现变压和隔离，有利于扩大变换器的应用范围，还可实现多
