AC-DC變換器(整流和有源逆變電路)

1、12345相控有源逆變電路相控有源逆變電路 PWM整流電路整流電路 同步整流電路同步整流電路 6概述概述 不控整流電路不控整流電路 相控整流電路相控整流電路基本內容 凡能將交流電能交流電能轉換為直流電能直流電能的電路統(tǒng)稱為整整流電路流電路，簡稱為AC-DC。 整流電路是出現(xiàn)最早的電力電子電路，自20世紀20年代至今已經歷了以下幾種類型： 旋轉式變流機組（交流電動機-直流發(fā)電機組） 靜止式離子整流器和靜止式半導體整流器 整流電路有多種分類方法整流電路有多種分類方法 按交流電源輸入相數(shù)來分類，可分為單相單相與多相多相整流電 按電路結構來分類，可分為半波半波、全波全波與橋式整流橋式整流電路 若按整流

2、電路中使用的電力電子器件來劃分，可分為不不控整流電路控整流電路、相控電路相控電路、PWM整流電路整流電路 5.1 概述概述 利用電力二極管電力二極管的單相導電性可以十分簡單地實現(xiàn)交流交流直流直流電力變換。 由于二極管整流電路輸出的直流電壓與與交流輸入電壓的大小有關，不能通過電路本身控制其數(shù)值，故稱為不控整流電路不控整流電路。5.2 不控整流電路不控整流電路t0223二極管導通情況VD1導通VD1截止VD1導通負載電壓udu20u2負載電流idu2/R0u2/R二極管端電壓uVD10u20負載電壓平均值Ud 電源變壓器副邊電壓有效值為U202245. 0)(dsin221UttU 5.2.1 單

3、相不控整流電路單相不控整流電路單相半波不控整流電路電阻負載時各區(qū)間工作情況負載只獲得了電源半個周期的電壓，因此，該電路也稱為單相半波整流電路單相半波整流電路 5.2.1 單相不控整流電路單相不控整流電路t0t1t12二極管導通情況VD1導通VD1導通VD1截止負載電壓udu2u20負載電流id有有0二極管端電壓uVD100u2表5-2 單相半波不控整流電路阻感負載時各區(qū)間各區(qū)間工作情況感性負載時，直流電壓將出現(xiàn)負值，降低了直流平均電壓 5.2.1 單相不控整流電路單相不控整流電路消除了負載電壓出現(xiàn)負值的現(xiàn)象帶續(xù)流二極管的單相半波整流電路 5.2.1 單相不控整流電路單相不控整流電路t02二極管

4、導通情況VD1導通、VD2截止VD1截止、VD2導通負載電壓udu20負載電流id水平直線整流二極管電流iVD1矩形波0續(xù)流二極管電流iVD20矩形波整流二極管端電壓uVD10u2續(xù)流二極管端電壓uVD2-|u2|0表5-3 單相半波不控整流電路大電感負載帶續(xù)流二極管時各區(qū)間工作情況 半波整流負載電壓僅為交流電源的正半周電壓，造成交交流電源利用率偏低，輸出脈流電源利用率偏低，輸出脈動大動大，因此使用范圍較窄。 若能經過變換將交流電源的負半周電壓也得到利用，即獲得圖5-2a中的負載電壓波形，則負載電壓平均值Ud可提高1倍，電源利用率大大提高。 采用單相全波整流電路單相全波整流電路 5.2.1 單

5、相不控整流電路單相不控整流電路單相半波整流電路帶電阻性負載電路及波形 圖5-2a 單相全波整流電路負載電壓波形 如何利用負半周？如何利用負半周？ 5.2.1 單相不控整流電路單相不控整流電路單相半波整流電路帶電阻性負載電路及波形 圖5-2a 單相全波整流電路負載電壓波形 單相全波整流電路圖5-2 單相全波整流負載電壓波形a)單相全波整流電路負載電壓波形 b)單相全波整流電路 c)交流輸入正半周整流電路工作圖 d)交流輸入負半周整流電路工作圖 5.2.1 單相不控整流電路單相不控整流電路t02二極管導通情況VD1導通、VD2截止VD2導通、VD1截止ud|u2|u2|uVD1和uVD2uVD1=

6、0，uVD2= -2|u2|uVD1= -2|u2|，uVD2=0Ud0229 . 0)(dsin21UttU 5.2.1 單相不控整流電路單相不控整流電路表5-4 單相全波整流電路各區(qū)間工作情況圖5-2 單相全波整流電路 5.2.1 單相不控整流電路單相不控整流電路222U單相全波整流電路必須要有一個帶中心抽頭的變壓器一個帶中心抽頭的變壓器，且二極管承受的最高電壓為最高電壓為 共陰極連接共陽極連接 5.2.1 單相不控整流電路單相不控整流電路 5.2.1 單相不控整流電路單相不控整流電路單相橋式整流電路能夠克服全波整流電路二極管承受電壓高、需要復雜的抽頭變壓器等不足之處a)單相橋式整流電路

7、b)交流輸入正半周單相橋式整流電路工作圖 c)交流輸入負半周單相橋式整流電路工作圖 5.2.1 單相不控整流電路單相不控整流電路t02二極管導通情況VD1和VD4導通、VD2和VD3截止VD2和VD3導通、VD1和VD4截止ud|u2|u2|uVDuVD1,4=0， uVD2,3= -|u2|uVD3=0， uVD1,4= -|u2|Ud0229 . 0)(dsin21UttU 5.2.1 單相不控整流電路單相不控整流電路表5-5 單相橋式整流電路各區(qū)間工作情況 5.2.1 單相不控整流電路單相不控整流電路 在單相輸入的AC-DC整流電路中，單單相橋式相橋式整流電路應用極為廣泛。 半波整流半波

8、整流電路交流電源電流是單方向的，電源變壓器存在直流磁化直流磁化現(xiàn)象，是半波整流電路的應用不廣泛的主要原因之一。 而橋式橋式和全波全波電路電源電流雙向流動，使交流電源得到充分利用，也不存在不存在電源變壓器直流磁化現(xiàn)象。 5.2.2 三相不控整流電路三相不控整流電路 抑制3次諧波電流流入電網為了得到零線，副方必須采用星形接法（零式整流電路）共陰極接法 5.2.2 三相不控整流電路三相不控整流電路 5.2.2 三相不控整流電路三相不控整流電路 5.2.2 三相不控整流電路三相不控整流電路 5.2.2 三相不控整流電路三相不控整流電路 單相交流整流電路所能提供的功率通常限制在2.5kW以下，要求更大功

9、率直流電源大功率直流電源的設備就需要利用三相交流電源和三相整流電路，其中最普及的是三相橋式整流電路。 由于三相橋式整流電路多用于中、大功率場合，因此很少采用單個二極管進行組合，而多采用三相三相整流模塊整流模塊，如左圖a)所示。 三相橋式整流電路 5.2.2 三相不控整流電路三相不控整流電路 整流模塊電路共陰極組共陽極組電壓波形共陰極組的3個二極管中陽極所接交流電壓值最高的一個最高的一個二極管導通；共陽極組的3個二極管中陰極所接交流電壓值最低的一個最低的一個二極管導通。即任意時刻共陽極組和共陰極組中各有各有1個二極管個二極管處于導通狀態(tài)。圖5-4 三相橋式整流電路和負載電壓波形 5.2.2 三相

10、不控整流電路三相不控整流電路 電路電路時 段IIIIIIIVVVI共陰極組中導通的二極管VD1VD1VD3VD3VD5VD5共陽極組中導通的二極管VD6VD2VD2VD4VD4VD6整流輸出電壓uduabuacubcubaucaucb整流電壓平均值Ud2323234. 2)(dsin2331UttU表5-6 三相橋式整流電路各區(qū)間工作情況 5.2.2 三相不控整流電路三相不控整流電路 將負載電壓ud波形中的一個周期分成6段，每段60，每段導通的二極管及輸出整流電壓的情況如表5-6所示。 5.2.3 整流濾波電路整流濾波電路 雖然都是單方向的電雖然都是單方向的電能，脈動較大能，脈動較大要把脈動的

11、直流變成波形平整的直流，要把脈動的直流變成波形平整的直流，“填平取齊填平取齊”工作，工作，即所謂的濾波工作即所謂的濾波工作常用的濾波電路：常用的濾波電路：電容濾波電容濾波、電感濾波電感濾波、復式濾波復式濾波 1. 電容濾波電路電容濾波電路 5.2.3 整流濾波電路整流濾波電路 詳細分析詳細分析 將時間坐標原點取在u2正半周內， VD1和VD4導通的起始時刻。設VD1和VD4導通的時刻與u2過零點相距角，則: 在VD1和VD4導通期間，以下方程成立: 222sin()uUt2( 0 )2s i nuUd22cos()CiCUt201( 0 )tuid tuCdC 5.2.3 整流濾波電路整流濾波

12、電路 詳細分析詳細分析22cos()CiCUt222sin()RuUtiRR222sin()2cos()dCRUtiiiCUtRt時，id=0tan()RC 電容放電t時，22( )2sin()duuU電容放電期間：22sin()tRCduUe 5.2.3 整流濾波電路整流濾波電路 詳細分析詳細分析電容放電放電期間：/2( )2sin()tRCdutUe放電結束時：2(/2sin()RCduUe）222sin()2sin( )RCUeUtan()RC tan()acrRCtan()2sin()1acrRCRCRCRCeeRC/t放電結束時ud=u2 5.2.3 整流濾波電路整流濾波電路 根據(jù)以

13、上兩式求得的和角隨RC變化的曲線。tan()acrRCtan()2sin()1acrRCRCRCRCeeRC趨向/2趨向0 5.2.3 整流濾波電路整流濾波電路 2、輸出電壓平均值輸出電壓平均值 一個正弦周期內ud是五個點的連接曲線，并且半個周期對稱。分兩段：一段電源電壓，一段指數(shù)衰減電壓，則整流輸電壓平均值為：2022sin(2sin()1) ()()tR CdUetUtdtUd 5.2.3 整流濾波電路整流濾波電路 22012sin() ()2sin()()tR CdUUtdtUedt空載R 22dUU0重載，R很小20.9dUU實際應用時，3 52RCT輸出電壓，21.2dUU 5.2.

14、3 整流濾波電路整流濾波電路 5.2.3 整流濾波電路整流濾波電路 2電感濾波電路電感濾波電路 電容濾波電路電容濾波電路利用了電容兩端電壓不能突變的特點，可實現(xiàn)電壓平滑。 電感濾波電路電感濾波電路則是利用電感中的電流不能突變的特點，使輸出電流平滑。 電感有電流平波作用電流平波作用。電感濾波電路及對應的負載電流波形如圖所示。電感濾波的單相橋式不可控整流電路及工作波形 5.2.3 整流濾波電路整流濾波電路 對于負載而言，采用大電容濾波的整流電路相當于直流電壓源直流電壓源，而采用大電感濾波的整流電路相當于直流電流源直流電流源。3、復式濾波電路、復式濾波電路 實際應為此情況，但分析復雜 ud波形更平直

15、，電流i2的上升段平緩了許多，這對于電路的工作是有利的a）b）更平直更接近正弦波 5.2.3 整流濾波電路整流濾波電路 5.2.4 倍壓、倍流不控整流電路倍壓、倍流不控整流電路 1倍壓不控整流電路倍壓不控整流電路 世界各國的市電電壓（單相電壓）并不完全一樣，有的單相電壓有效值為有效值為110V，有的為為220V（或230V），如我國的市電電壓標準為220V。為適應不同國家的需要，實現(xiàn)兩種輸入電源的轉換，可采用左圖所示的倍壓整流技術。倍壓不可控整流電路 5.2.4 倍壓、倍流不控整流電路倍壓、倍流不控整流電路 兩種輸入交流電壓的轉換由開關S來完成。當開關S打開時，二極管VD1VD4組成了全橋整流

16、電路，對輸入的交流220V進行整流，也同樣產生數(shù)值為ud的直流電壓。當開關S閉合時，電路在110V交流輸入電壓下工作。在交流電的正半周，通過VD1，C1上的電壓被充電到交流電壓的峰值ud/2。而在交流電的負半周，C2上的電壓通過VD2也被充電達到交流電壓的峰值ud / 2，電路輸出的直流電壓應為C1和C2上充電電壓之和，即ud。 上次課主要內容回顧上次課主要內容回顧整流電路的概念不控整流電路 單相不控整流電路（單相半波、單相全波或雙半波） 三相不控整流電路（三相半波、三相橋或三相六脈波）整流濾波電路 電容濾波 電感濾波 復式濾波倍壓不控整流電路 2倍流不控整流電路出于電隔離和電壓匹配的需要，在

17、DC/DC變換中常采用間接變換方案，即含有DC-AC-DC的直流變換電路。其輸出端整流電路屬于高頻整流電路，輸入為正負對稱的方波。 5.2.4 倍壓、倍流不控整流電路倍壓、倍流不控整流電路 2倍流不控整流電路 當輸出為低壓大電流時，傳統(tǒng)的橋式整流電路橋式整流電路中存在兩個二極管壓降，二極管的導通損耗會大大降低電路的效率；而全全波整流電路波整流電路雖然只需要2個二極管，損耗小，但變壓器二次側繞組有中心抽頭，給高頻變壓器的繞制帶來困難。 5.2.4 倍壓、倍流不控整流電路倍壓、倍流不控整流電路 5.2.4 倍壓、倍流不控整流電路倍壓、倍流不控整流電路 倍流整流電路變壓器二次側匝數(shù)與全波整流電路相等

18、，比全橋電路多一倍，但不用中心抽頭倍流整流電路 5.2.4 倍壓、倍流不控整流電路倍壓、倍流不控整流電路 t0t1段，電源電壓uT處于正半周，二極管VD1截止，VD2正偏導通，iL1由電源經L1、VD2和負載R流過，為負載R提供能量，同時L1儲能，因此該段被稱為L1儲能期。而L2經VD2釋放能量給R，iL1和iL2流動方向如圖c所示，iL=iL1+iL22iL1。c）t2t3段，電源電壓uT處于負半周，二極管VD1正偏導通，VD2截止，iL2由電源經L2、VD1和負載R流過，為負載R提供能量，同時L2儲能，而L1經VD1釋放能量給R，因此該段被稱為L1放能期。iL1和iL2流動方向如圖d所示，iL=iL1+iL22iL1。 5.2.4 倍壓、倍流不控整流電路倍壓、倍流不控整流電路 d）t1t2段和t3t4，電源電壓uT=0，L1和L2分別通過VD1和