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1、第五章第五章 直流斩波电路直流斩波电路 5.1 基本斩波电路基本斩波电路(1) 降压斩波电路降压斩波电路(2) 升压斩波电路升压斩波电路 (3) 升降压斩波电路升降压斩波电路5.2 复合斩波电路复合斩波电路 (1) 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路 (2) 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路v直流斩波电路直流斩波电路 将直流电变为另一固定电压或可调电压的变换将直流电变为另一固定电压或可调电压的变换 电路电路, ,也称为直流也称为直流- -直流变换器直流变换器 一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括 直流直流交流交流直流直流v斩波方式：斩波方式： 周期周期
2、T T不变，改变导通时间不变，改变导通时间TonTon调宽调宽 导通时间导通时间TonTon不变，改变周期不变，改变周期TT调频调频 T, TonT, Ton都改变都改变混合调制混合调制v 斩波器分类斩波器分类： 降压斩波器降压斩波器 ，升压斩波器，复合斩波器，升压斩波器，复合斩波器5.1.1 5.1.1 降压斩波电路降压斩波电路( (一一) ) 工作电路工作电路IGBT,若为晶闸管，须有若为晶闸管，须有关断辅助电路关断辅助电路续流二极管续流二极管负载负载出现出现的反的反电动电动势势5.1 5.1 基本斩波电路基本斩波电路 （二）（二） 工作原理工作原理电流连续电流连续电流断续电流断续l 动态
3、演示动态演示动态演示动态演示 （1 1）电流连续）电流连续 V V为通态期间，为通态期间，设负载电流为设负载电流为i i1 1，有有 ： 设此阶段电流初值为设此阶段电流初值为I I1010， =L/R=L/R，解上式得解上式得（三）数量关系分析（三）数量关系分析从电路理论角度推导从电路理论角度推导v瞬态分析瞬态分析 V V为断态期间，设为断态期间，设负载电流为负载电流为i i2 2，有：有：设此阶段电流初值为设此阶段电流初值为I I2020，解上式得：解上式得： 且：且：I I1010i i2 2(t(t2 2) )，I I2020=i=i1 1(t(t1 1) )，代入代入,当当L无穷大时无
4、穷大时上式表示了平波电抗器上式表示了平波电抗器L L为无穷大，负载电流完全为无穷大，负载电流完全平直时的负载电流平均值平直时的负载电流平均值I Io o，此时负载电流最大值、此时负载电流最大值、最小值均等于平均值。最小值均等于平均值。tonV通的时间通的时间 toffV断的时间断的时间 a-a-导通占空比导通占空比v平均值分析平均值分析（2）电流断续）电流断续I I1010=0=0，且且t=t=ton+tton+tx x时，时，i i2 2=0=0代入上代入上tx11，输出电压高于电源电压，故称该电路为升输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路压斩波电路T/T/t toffoff升压比；
5、升压比；升压比的倒数记作升压比的倒数记作 ，即即 和和 的关系：的关系：因此，因此，U U0 0可表示为可表示为v以上分析中，认为以上分析中，认为V V通态期间因电容通态期间因电容C C的作用使得输的作用使得输出电压出电压U Uo o不变，但实际不变，但实际C C值不可能无穷大，在此阶段值不可能无穷大，在此阶段其向负载放电，其向负载放电，U Uo o必然会有所下降，故实际输出电压必然会有所下降，故实际输出电压会略低。会略低。根据电路结构分析输出电流的平均值根据电路结构分析输出电流的平均值I Io o为：为： v如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量
6、仅由负载负载R R消耗，即消耗，即与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看成是与降压斩波电路一样，升压斩波电路也可看成是直流变压器。直流变压器。则电源电流的平均值则电源电流的平均值I I1 1为：为： （四）升压斩波电路典型应用（直流电机传动）（四）升压斩波电路典型应用（直流电机传动）通常是用于直流电动机再生制动时把电能回馈给通常是用于直流电动机再生制动时把电能回馈给 直流电源直流电源实际电路中电感实际电路中电感L L值不可能为无穷大，因此也有电值不可能为无穷大，因此也有电流连续和断续两种工作状态流连续和断续两种工作状态此时电机的反电动势相当于右此时电机的反电动势相当于右图图中的电源，而此中的电
7、源，而此时的直流电源相当于右图中的负载。由于直流电源时的直流电源相当于右图中的负载。由于直流电源的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。的电压基本是恒定的，因此不必并联电容器。v工作原理工作原理当电枢电流断续时：当电枢电流断续时：当t=0时刻i1=I10=0，当t=t2时，i2=0，得：txt0ff-电流断续的条件电流断续的条件5.1.3 5.1.3 升降压斩波电路升降压斩波电路(一）原理图：（二）（二） 工作原理工作原理 V V通时，电源通时，电源E E经经V V向向L L供电使其贮能，此时电供电使其贮能，此时电流为流为i i1 1。同时，同时，C C维持维持输出电压恒定并向负载输出电压恒定
8、并向负载R R供电。供电。V V断时，断时，L L的能量向负的能量向负载释放，电流为载释放，电流为i i2 2。负负载电压极性为上负下正，载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩该电路也称作反极性斩波电路波电路. .动态演示动态演示稳态时，一个周期稳态时，一个周期T内内电感储存的能量等于释放的能量电感储存的能量等于释放的能量（三）数量关系（三）数量关系 结论：结论： 改变导通比改变导通比a a，输出电压既可以比电源电压高，也可输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当以比电源电压低。当00a 1/2a 1/2时为降压，当时为降压，当1/21/2
9、a a 11时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。其输出功率和输入功率相等，可看作直流变压器。 复合斩波电路：复合斩波电路： 5.2 复合斩波电路复合斩波电路降压斩波电路和升压斩波电路的组合构成降压斩波电路和升压斩波电路的组合构成 （1）电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路（2 2）桥式可逆斩波电路）桥式可逆斩波电路 5.2.1 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路斩斩波波电电路路用用于于拖拖动动直直流流电电动动机机时时，常常要要使使电电动动机机既既可可电电动动运运行行，又又可可再再生生制制动动, ,可可通通过过
10、电电流流可可逆逆斩斩波波电电路路来来实实现现. .电电流流可可逆逆斩斩波波电电路路由由降降压压斩斩波波电电路路和和升压斩波电路复合而成升压斩波电路复合而成. .l原理图：电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路V V1 1和和VDVD1 1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第供电，电动机为电动运行，工作于第1 1象限象限分析：V V2 2和和VDVD2 2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第工作于第2
11、 2象限象限必须防止必须防止V1和和V2同时导通而导致的电源短路同时导通而导致的电源短路l 只作降压斩波器运行时，则只作降压斩波器运行时，则V2V2和和VD2VD2总处于断态；总处于断态；l 只作升压斩波器运行时，则只作升压斩波器运行时，则V1V1和和VD1VD1总处于断态；总处于断态；l第第3 3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作波电路和升压斩波电路工作 电流可逆斩波电路电流可逆斩波电路：电枢电流可逆，两象限运：电枢电流可逆，两象限运行，但电压极性是单向的行，但电压极性是单向的 当需要电动机进行正、反转以及可电动又可制当需要电
12、动机进行正、反转以及可电动又可制动的场合（即四象限运行），须将两个电流可逆动的场合（即四象限运行），须将两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压，成为向电压，成为桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路. .5.2.2 桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路使使V V4 4保保持持通通时时，等等效效为为一一电电流流可可逆逆斩斩波波电电路路，向向电电动动机机提提供供正正电电压压，可可使使电电动动机机工工作作于于第第1 1、2 2象象限，即正转电动和正转再生制动状态限，即正转电动和正转再生制动状态. .使使V V2 2保保持持通通时时，V V3 3、VDVD3 3和和V V4 4、VDVD4 4等等效效为为又又一一组组电电流流可可逆逆斩斩波波电电路路，向向电电动动机机提提供供负负电电压压，可可使使电电动机工作于第动机工作于第3 3、4 4象限象限. . 本本章章重重点点介介绍绍了了两两种种基基本本斩斩波波电电路路，要要求求理理解解降降压压斩斩波波电电路路和和升升压压斩斩波波电电路路的的工工作作原原理理，掌掌握握这这两两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点。种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点。要要求求掌掌握握复复合合斩斩波波电电路路的的工工作作原原理理及及电电压压电电流流波波形。形。本章重点本章重点
