第四章：交流變換電路張老師6

第四章交流變換電路（AC—AC變換）第一節(jié)：概述1、交流調(diào)壓：輸入電壓與輸出電壓的頻率相同，但兩者的幅度不同。2、交流變換的定義：將一種交流電能變換為另一種交流電能。第二節(jié)：理想條件下單相調(diào)壓電路一、單相交流調(diào)壓電路的理想模型1、電路：xui(t)GT(t)uo(t)數(shù)學(xué)模型二、輸出電壓U0的諧波和電壓增益1、開關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)G：開關(guān)轉(zhuǎn)移函數(shù)的頻率分析：將G展開為傅立葉級(jí)數(shù)由圖可知G為偶函數(shù)，所以只有余弦項(xiàng)。含有直流分量，頻率為的基波以及高次諧波。平均值=D…直流分量2、輸出電壓U0的表達(dá)式及頻率分析：xui(t)GT(t)uo(t)ωG(ω)DωUo(ω)DUmωc2ωc3ωcωsωc

-ωsωc

+ωsxui(t)G(t)uo(t)LPFuo1(t)交流調(diào)壓電路的數(shù)學(xué)模型

Z為復(fù)阻抗：當(dāng)改變D可以改變輸出電流。輸入電流基波分量的分析小結(jié)：如果輸入和輸出均增加一個(gè)LPF，就基波而言，類似于Buck電路。1、電路四、非互補(bǔ)控制方式的交流調(diào)壓電路2、無電流檢測的控制方式2.1控制信號(hào)的分布T1AD1AD1BT1BD2BD2AT2BT2A等效電路為BUCK電路T1AD1AD1BT1BD2BD2AT2BT2AT1A+D1AT2B+D2BT1B+D1B純阻2.3、Z0為感性負(fù)載

U01是U0的基波分量，i01是i0的基波分量

i01與u01將產(chǎn)生的滯后角。在過零點(diǎn)附近出現(xiàn)

i01與u01不同相問題。感性負(fù)載3、帶有電流檢測的非互補(bǔ)控制方式控制方案用is和us共同決定控制信號(hào)。仍處于高電平，這樣保證正電流續(xù)流（但同，所以中無電流）仍處于高電平，這樣保證負(fù)電流有通路，不會(huì)出現(xiàn)共同關(guān)斷狀態(tài)斬波管T1A,T2A為開關(guān)信號(hào)但是因?yàn)閿夭ü躎2A

處于阻斷，不會(huì)出現(xiàn)半長臂共同導(dǎo)通現(xiàn)象。小結(jié)：時(shí)，續(xù)流為斬波管。T2A是斬波管斬波續(xù)流斬波續(xù)流第三節(jié)三相交流調(diào)壓電路(略）三個(gè)主控開關(guān)：TA,TB,TC；同一控制信號(hào)ug

一只續(xù)流開關(guān)TN：ugN控制信號(hào)與ug互補(bǔ)工作原理:一AB向?yàn)槔?在uab的正半周.當(dāng)ug=高電平,TA/TB/ON紅線示出了電流回路當(dāng)ugN=高電平,TA/TB/OFF藍(lán)線示出了電流回路第四節(jié)有半控器件

組成的直接變頻電路（略）Cycloconverter周波變換器直接變頻器(AC/AC)實(shí)際上是AC/DC變換器的DC輸出調(diào)節(jié)成按正弦緩慢變化.一般輸出頻率較低,用于低頻大功率負(fù)載第五節(jié)由全控器件組成的直接變頻電路方案2，二級(jí)變換電路DC/AC—AC/AC實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳送具體電路見圖5-10電路結(jié)構(gòu):高頻逆變電路:K5~K6直接降頻電路:K1~K4方案1：三級(jí)變換電路：DC/AC—AC/DC—DC/AC具體電路，見圖4-13/p.175缺點(diǎn)：效率低/能量單向傳送DC/ACAC/DCDC/ACDC/ACAC/AC正半周（一）定性分析AC/AC變換電路的工作原理u1、u2分別是T1和T2的控制信號(hào)；uN是變壓器的高頻輸出信號(hào)uco是濾波器的輸入信號(hào)；uco是uN的全波整流信號(hào)在低頻輸出正半周期間，T1和T2交替導(dǎo)通，使得K1和K2等效為一個(gè)全波整流電路。推論1：在低頻輸出負(fù)半周期間，T3和T4交替導(dǎo)通，使得K1和K2等效為全波整流電路。推論2：uo為正弦波→uco、uN是SPWM波→前級(jí)DC/AC是SPWMDC/AC變換電路的工作原理：

uN0是正負(fù)相間的SPWM波高頻信號(hào)。正負(fù)相間→需要一對(duì)管子控制其極性，K5和K8。K5/ON時(shí)輸出正脈沖；K8/ON時(shí)輸出負(fù)脈沖；SPWM波→需要一對(duì)管子按SPWM的規(guī)律導(dǎo)通或移相方式工作控制K6和K7。本電路采用移相工作方式。極性臂斬波臂高頻DC/AC逆變器直接降頻AC（高）/AC（低）變換器(二)高頻逆變電路/圖5-11,5-10

目的;輸出

UN交變方波,寬度按正弦變化

uc是載波信號(hào)；ug調(diào)制信號(hào)控制信號(hào)的分布:

u1

是uN極性信號(hào),頻率與載頻信號(hào)的頻率相同,控制K5,K8。當(dāng)u1=1時(shí)，K5/ON;當(dāng)u1=0時(shí)，K8/ON;u2

是SPWM信號(hào)，上升沿是載波信號(hào)的起始點(diǎn),下降沿由uc和ug信號(hào)決定.Uc=

ugK6,K7控制UN的脈寬:受的下降沿控制/每遇一個(gè)下降沿翻轉(zhuǎn)一次工作原理:K5,K7/ON時(shí),輸出正脈沖

K6,K8/ON時(shí),輸出負(fù)脈沖.當(dāng)調(diào)制信號(hào)ug時(shí),u2脈沖變窄,輸出電壓的平均值降低,實(shí)現(xiàn)了輸出電壓的平均值跟蹤調(diào)制信號(hào)的功能.結(jié)果輸出

UN為交變方波,寬度按正弦變化極性臂控制臂四個(gè)開關(guān)的工作順序類似于移相全橋電路ZVS(三)直接降頻電路

電路結(jié)構(gòu),相敏整流電路K1和K2代替了兩個(gè)整流二極管。又稱之為周波變換電路作用：解調(diào)電路LPF的輸入電壓:uco=Ku2=KuNu2的平均值的正比于調(diào)制信號(hào)ug，則輸出電壓的平均值也正比于ug?？刂菩盘?hào)的分布：只研究正半周的情況ug1=u1，ug1與ug2互補(bǔ)。工作原理的定性分析：當(dāng)uN

極性為時(shí)，ug1為高電平/T1D1/on,正信號(hào)順利通過。當(dāng)uN

極性為時(shí)，ug2為高電平/T2D2/on,反相信號(hào)被整流。正半周1、理想條件下的分時(shí)區(qū)分析由于輸出電感的存在，使得輸出電流的基波與整流器輸出電壓的平均值的基波之間存在一個(gè)之后角。因此，在過零點(diǎn)附近，電壓和電流不同相，給分析帶來了一些麻煩。分為A,B,C,D四個(gè)時(shí)區(qū)分析這個(gè)電路：

C區(qū),電壓電流同相,與定性分析結(jié)果相同(1)UN0﹥0T1導(dǎo)通；

(2)UN0=0T1續(xù)流(3)UN0

﹤0T2導(dǎo)通；(4)UN0=0T2續(xù)流A區(qū)與C區(qū)類似：在這兩個(gè)時(shí)區(qū)，輸出電壓的基波uco1與輸出電流的基波ico1同相，電源向負(fù)載傳輸能量；

B區(qū),(D區(qū)類似)(1)UN0﹥0T3導(dǎo)通；(2)UN0=0T3續(xù)流在這兩個(gè)時(shí)區(qū)，輸出電壓的基波uco1與輸出電流的基波ico1反向，負(fù)載向電源傳輸能量。LPF作用：載波的頻率為fc，調(diào)制頻率為f，fc>>f，所以LPF可以濾除輸出電壓中的高頻成分,而使其中的低頻成分順利通過濾波器而到達(dá)輸出端。

uN<0,C區(qū)B區(qū)

uN>0,C區(qū)B區(qū)2,功率器件的切換（略)a.由于可控元件采用了硬關(guān)斷方式，變壓器漏感的儲(chǔ)能在開關(guān)關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生較大的電壓和損耗。b.在故障工況，K1和K2同時(shí)關(guān)斷，無法釋放濾波電感的能量和變壓器漏感的儲(chǔ)能。3,有源緩沖電路（略）目的：過電壓遏制(1)變壓器漏感引起(2)保護(hù)性K1K2同時(shí)關(guān)斷4,電路特點(diǎn)(1)實(shí)現(xiàn)頻率變換和雙向功率傳送(2)采用了有源關(guān)斷緩沖電路(3)緩沖電路較復(fù)雜二電流源雙向型直接變頻電路一）電路的結(jié)構(gòu)：由兩級(jí)電路組成。高頻逆變電路和直接降頻電路高頻逆變電路：工作在DCM狀態(tài)的準(zhǔn)Flyback電路；輸入電壓，直流電壓源Ud；高頻變壓器有兩個(gè)副邊繞組，L2和L3，分別在低頻輸出正負(fù)半周工作；增加了一個(gè)續(xù)流二極管D5,使副邊的能量能夠傳輸?shù)街绷鬏斎腚娫吹刃щ娏髟?工作在DCM狀態(tài)的Flyback電路,從高頻變壓器的副邊的電氣特性相當(dāng)于一個(gè)電流源.電流源圖(b).工作在CCM狀態(tài)的波形由于變壓器的輸出電壓為一個(gè)固定方波序列；可以認(rèn)為輸出端具有電壓源特性;圖(c).工作在DCM狀態(tài)的波形由于變壓器的輸出電壓為一個(gè)不固定方波序列；不能認(rèn)為輸出端具有電壓源特性?？梢哉J(rèn)為輸出端具有電流源特性。電流源容性負(fù)載Co：由于工作在DCM狀態(tài)的Flyback電路可以等效為一個(gè)電流源，所以需要一個(gè)容性負(fù)載。負(fù)載Zo：純阻，吸收功率直接降頻電路:IGBT管T1/T3是低頻管:按照負(fù)載所需的頻率輪流導(dǎo)通;在低頻輸出電壓的正半周,T1始終導(dǎo)通,通過L2將原邊的能量傳輸給負(fù)載;反之,T3始終導(dǎo)通,通過L3將原邊的能量傳輸給負(fù)載;T1/ONT3/ON電流源MOS管T4/T2是高頻管:為將負(fù)載的能量傳輸?shù)捷斎攵颂峁┩?當(dāng)T4導(dǎo)通時(shí),通過L2將負(fù)載的能量傳輸給原邊;當(dāng)T2導(dǎo)通時(shí),通過L3將負(fù)載的能量傳輸給原邊。T2/ONT4/ON電流源二）工作原理1、基本假設(shè)：載波頻率足夠高，濾波電容足夠大，則負(fù)載上無高頻分量，只有低頻電壓，2、控制波形的分布ugo:輸出電壓的極性信號(hào)ug1:在輸出電壓正半周時(shí)，恒為高電平ug3:在輸出電壓負(fù)半周時(shí)，恒為高電平ug1ug3互補(bǔ)當(dāng)uo1與io1異號(hào)時(shí)，能量由負(fù)載向電源傳輸，ug5恒為零/T5/off在輸出電壓的正半周，當(dāng)uo1與io1異號(hào)時(shí)，ug4有輸出脈沖，T4處在間斷導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)，將負(fù)載的能量出反饋給電源。包括輸出電容在內(nèi)的負(fù)載(Zo)上的電流3、分時(shí)區(qū)工作時(shí)區(qū)A,

uo1與io1同號(hào)，電源向負(fù)載傳出能量。T1處在恒導(dǎo)通狀態(tài)在T5/on期間，由于D4反偏/off，將能量存儲(chǔ)在變壓器原邊。在T5/off期間,D4正偏，存儲(chǔ)在變壓器原邊的能量順利的傳輸給負(fù)載。時(shí)區(qū)D,

Flyback的逆向工作.io1<0,uo1>0,po1<0D1/on,T5/off當(dāng)T4/on,電流的回路:PD1L2T4NP負(fù)載

將能量存在L2上.由于變壓器的極性,D5/off/T5/o