交流調(diào)壓電路和直流斬波電路

交流調(diào)壓電路和直流斬波電路1第一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六

交流-交流變流電路：把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路變頻電路改變頻率的電路交交變頻直接交直交變頻間接交流電力控制電路只改變電壓,電流或控制電路的通斷,而不改變頻率的電路。交流調(diào)壓電路相位控制

(觸發(fā)角)交流調(diào)功電路通斷控制（周期的通斷）交流調(diào)壓電路第二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六應(yīng)用

1燈光控制（如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制)。

2異步電動機(jī)軟起動。（低壓大電流啟動）

3異步電動機(jī)調(diào)速。

4供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)（補(bǔ)償）。

5在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。（與晶閘管的參數(shù)相關(guān)，減少管子個數(shù)、體積和成本）

5.1

交流調(diào)壓電路第三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六

5.1

交流調(diào)壓電路基本原理采用兩個晶閘管反并聯(lián)后（或采用雙向晶閘管）串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管的控制就可控制交流電力。(固態(tài)開關(guān))

電路圖第四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.1.1單相交流調(diào)壓電路5.1.2三相交流調(diào)壓電路

5.1

交流調(diào)壓電路第五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt5.1.1單相交流調(diào)壓電路1)

電阻負(fù)載圖4-1

電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形

輸出電壓與α的關(guān)系:

移相范圍為0≤a

≤π。

a

=0時，輸出電壓為最大。Uo=U1,隨a

的增大，Uo降低，a

=π時，Uo=0。λ與a的關(guān)系:

a=0時，功率因數(shù)λ=1，a增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，λ降低。第六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六若晶閘管全導(dǎo)通，穩(wěn)態(tài)時負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為j

，當(dāng)用晶閘管控制時，只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后。負(fù)載阻抗角：

j

=arctan(wL/R)

a

=0時刻仍定為u1過零的時刻，a的移相范圍應(yīng)為j

≤a

≤π。1)

阻感負(fù)載

0.6Ou1

u1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1

G1uG2OOwtwt圖4-2

電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形

導(dǎo)通時利用初始條件得到：

VT15.1.1單相交流調(diào)壓電路第七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六q020100601401802010060/(°)180140a/(°)j=90°75°60°45°30°15°0°圖5-3單相交流調(diào)壓電路以a為參變量的θ和a關(guān)系曲線利用結(jié)束條件wt=a+

θ時刻，i0=0,可求得θ：

（5－7）當(dāng)a=j

時θ=π

可見此時j也就是讓晶閘管導(dǎo)通π角度的觸發(fā)角。當(dāng)a>j

時θ<π（圖5-2）以j

為參變量，利用（5－7)可把a(bǔ)和θ的關(guān)系表示成右圖。5.1.1單相交流調(diào)壓電路第八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六圖5-4a<j時阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路工作波形當(dāng)阻感負(fù)載,a

<j時電路工作情況。圖5-2阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路VT1的導(dǎo)通時間超過π。觸發(fā)VT2時，

io尚未過零，VT1仍導(dǎo)通，VT2不會導(dǎo)通。io過零后，若VT2的觸發(fā)脈沖消失，VT2永遠(yuǎn)不會導(dǎo)通。（因而需要寬脈沖觸發(fā)）若VT2的觸發(fā)脈沖繼續(xù)存在，VT2才可開通，VT2導(dǎo)通角小于π。VT2導(dǎo)通后，反向也續(xù)流，衰減過程（公式5-6也可以看出）中，VT1導(dǎo)通時間漸短，VT2的導(dǎo)通時間漸長。5.1.1單相交流調(diào)壓電路第九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六圖5-6單相交流調(diào)壓電路a為參變量時IVTN和a關(guān)系曲線j

=90°0.10.20.30.40.516018004012080

75°

60°45°j

=0a/(°)IVTN負(fù)載電流有效值(5-13)IVT的標(biāo)么（基準(zhǔn)電流為a=0時的有效值）值

(5-14)電流基波和各次諧波標(biāo)么值隨a變化的曲線如圖5-6所示。5.1.1單相交流調(diào)壓電路第十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六3)單相交流調(diào)壓電路的諧波分析

電阻負(fù)載由于波形正負(fù)半波對稱，所以不含直流分量和偶次諧波。

(5-17)

基波和各次諧波有效值負(fù)載電流基波和各次諧波有效值

(4-14)

圖5-7電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路基波和諧波電流含量5.1.1單相交流調(diào)壓電路第十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六電流諧波次數(shù)和電阻負(fù)載時相同，也只含3、5、7…等次諧波。隨著次數(shù)的增加，諧波含量減少。和電阻負(fù)載時相比，阻感負(fù)載時的諧波電流含量少一些。當(dāng)a角相同時，隨著阻抗角j的增大，諧波含量有所減少。阻感負(fù)載5.1.1單相交流調(diào)壓電路第十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六4)

斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的正半周圖5-7+斬控式交流調(diào)壓電路5.1.1單相交流調(diào)壓電路用V1進(jìn)行斬波控制用V3給負(fù)載電流提供續(xù)流通道第十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六用V2進(jìn)行斬波控制用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道圖5-7+斬控式交流調(diào)壓電路4)

斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的負(fù)半周5.1.1單相交流調(diào)壓電路第十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六

特性圖5-7b電阻負(fù)載斬控式交流調(diào)壓電路波形5.1.1單相交流調(diào)壓電路電源電流的基波分量和電源電壓同相位，即位移因數(shù)為1。電源電流不含低次諧波，只含和開關(guān)周期T有關(guān)的高次諧波。功率因數(shù)接近1。第十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.1.2三相交流調(diào)壓電路根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式圖4-9三相交流調(diào)壓電路a)星形聯(lián)結(jié)b)線路控制三角形聯(lián)結(jié)c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)d)中點(diǎn)控制三角形聯(lián)結(jié)第十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六三線四相基本原理：相當(dāng)于三個單相交流調(diào)壓電路的組合，三相互相錯開120°工作?；ê?倍次以外的諧波在三相之間流動，不流過零線。問題：三相中3倍次諧波同相位，全部流過零線。零線有很大3倍次諧波電流。a=90°時，零線電流甚至和各相電流的有效值接近。1)星形聯(lián)結(jié)電路

可分為三線三相和三線四相圖4-9三相交流調(diào)壓電路a)星形聯(lián)結(jié)5.1.2三相交流調(diào)壓電路第十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六三相三線，主要分析阻負(fù)載時的情況圖4-9三相交流調(diào)壓電路a)星形聯(lián)結(jié)5.1.2三相交流調(diào)壓電路任一相導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成回路。電流通路中至少有兩個晶閘管，應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)。觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控整流電路一樣，為VT1~VT6,依次相差60°。相電壓過零點(diǎn)定為a的起點(diǎn)，a角移相范圍是0°~150°。第十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六圖2-19三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=30時的波形wwwwud1ud2a=30°iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1第十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六(1)0°≤a<60°：三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替，每管導(dǎo)通180°－a

。但a=0°時一直是三管導(dǎo)通。圖4-10不同a角時負(fù)載相電壓波形a)a=30°5.1.2三相交流調(diào)壓電路第二十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六60°≤a<90°：兩管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通120°。(2)圖4-10不同a角時負(fù)載相電壓波形b)a

=60°5.1.2三相交流調(diào)壓電路第二十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六(3)90°≤a<150°：兩管導(dǎo)通與無晶閘管導(dǎo)通交替，導(dǎo)通角度為300°－2a。圖4-10不同a角時負(fù)載相電壓波形

c)a=120°5.1.2三相交流調(diào)壓電路第二十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六諧波情況5.1.2三相交流調(diào)壓電路電流諧波次數(shù)為6k±1(k=1，2，3，…)，和三相橋式全控整流電路交流側(cè)電流所含諧波的次數(shù)完全相同。諧波次數(shù)越低，含量越大。和單相交流調(diào)壓電路相比，沒有3倍次諧波，因三相對稱時，它們不能流過三相三線電路。第二十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六2）

支路控制三角聯(lián)結(jié)電路

圖4－9三相交流調(diào)壓電路c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)5.1.2三相交流調(diào)壓電路由三個單相交流調(diào)壓電路組成，分別在不同的線電壓作用下工作。單相交流調(diào)壓電路的分析方法和結(jié)論完全適用。輸入線電流（即電源電流）為與該線相連的兩個負(fù)載相電流之和。第二十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六

諧波情況c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)圖4－9三相交流調(diào)壓電路5.1.2三相交流調(diào)壓電路

3倍次諧波相位和大小相同，在三角形回路中流動，而不出現(xiàn)在線電流中。線電流中所諧波次數(shù)為6k±1(k為正整數(shù))。在相同負(fù)載和a角時，線電流中諧波含量少于三相三線星形電路。第二十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六典型用例——晶閘管控制電抗器（ThyristorControlledReactor—TCR）配以固定電容器，就可在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，稱為靜止無功補(bǔ)償裝置(StaticVarCampensator—SVC），用來對無功功率進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，以補(bǔ)償電壓波動或閃變。圖4-11晶閘管控制電抗器(TCR)電路5.1.2三相交流調(diào)壓電路a移相范圍為90°~180°。控制a角可連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)無功功率。第二十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六圖4-11晶閘管控制電抗器(TCR)電路a)b)c)圖4-12TCR電路負(fù)載相電流和輸入線電流波形

a)α=120°b)α=135°c)α=160°

5.1.2三相交流調(diào)壓電路第二十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六仿真波形仿真工具為PECS2.05.1.2三相交流調(diào)壓電路圖4-12TCR電路負(fù)載相電流和輸入線電流波形

a)α=120°b)α=135°c)α=160°a）b）c）第二十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.2

其他交流電力控制電路5.2.1

交流調(diào)功電路5.2.2

交流電力電子開關(guān)第二十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.2.1

交流調(diào)功電路（新）交流調(diào)功電路與交流調(diào)壓電路的異同比較相同點(diǎn)

電路形式完全相同不同點(diǎn)

控制方式不同交流調(diào)壓電路在每個電源周期都對輸出電壓波形進(jìn)行控制。交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個周期,再斷開幾個周期,通過通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。第三十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六電阻負(fù)載時的工作情況2pNpM電源周期控制周期=M倍電源周期=2p4pMO導(dǎo)通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12圖4-13交流調(diào)功電路典型波形(M=3、N=2)圖4－1電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路5.2.1

交流調(diào)功電路控制周期為M倍電源周期，晶閘管在前N個周期導(dǎo)通，后M－N個周期關(guān)斷。負(fù)載電壓和負(fù)載電流（也即電源電流）的重復(fù)周期為M倍電源周期。第三十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六諧波情況01214諧波次數(shù)相對于電源頻率的倍數(shù)圖4-14交流調(diào)功電路的電流頻譜圖(M=3、N=2)2461080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m5.2.1

交流調(diào)功電路圖4-14的頻譜圖（以控制周期為基準(zhǔn)）。In為n次諧波有效值，Io為導(dǎo)通時電路電流幅值。以電源周期為基準(zhǔn)，電流中不含整數(shù)倍頻率的諧波，但含有非整數(shù)倍頻率的諧波。而且在電源頻率附近，非整數(shù)倍頻率諧波的含量較大。第三十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.2.2

交流電力電子開關(guān)概念把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，代替電路中的機(jī)械開關(guān)，起接通和斷開電路的作用。優(yōu)點(diǎn)響應(yīng)速度快，無觸點(diǎn)，壽命長，可頻繁控制通斷。與交流調(diào)功電路的區(qū)別并不控制電路的平均輸出功率。通常沒有明確的控制周期，只是根據(jù)需要控制電路的接通和斷開?？刂祁l度通常比交流調(diào)功電路低得多。第三十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六晶閘管投切電容（ThyristorSwitched——Capacitor——TSC）圖4-15TSC基本原理圖a)基本單元單相簡圖b)分組投切單相簡圖5.2.2

交流電力電子開關(guān)作用對無功功率控制，可提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量。性能優(yōu)于機(jī)械開關(guān)投切的電容器。結(jié)構(gòu)和原理晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路。實(shí)際常用三相，可三角形聯(lián)結(jié)，也可星形聯(lián)結(jié)。第三十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六晶閘管投切電容選擇晶閘管投入時刻的原則：該時刻交流電源電壓和電容器預(yù)充電電壓相等，這樣電容器電壓不會產(chǎn)生躍變，就不會產(chǎn)生沖擊電流。理想情況下，希望電容器預(yù)充電電壓為電源電壓峰值，這時電源電壓的變化率為零，電容投入過程不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1圖4-16TSC理想投切時刻原理說明5.2.2

交流電力電子開關(guān)第三十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六TSC電路也可采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式5.2.2

交流電力電子開關(guān)由于二極管的作用，在電路不導(dǎo)通時uC總會維持在電源電壓峰值。成本稍低，但響應(yīng)速度稍慢，投切電容器的最大時間滯后為一個周波。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1圖4-16TSC理想投切時刻原理說明第三十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六前二節(jié)的要點(diǎn)如下：(1)

交流—交流變流電路的分類及其基本概念；(2)

單相交流調(diào)壓電路的電路構(gòu)成，在電阻負(fù)載和阻感負(fù)載時的工作原理和電路特性；(3)

三相交流調(diào)壓電路的基本構(gòu)成和基本工作原理；(4)

交流調(diào)功電路和交流電力電子開關(guān)的基本概念；第三十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3直流斬波電路·引言直流斬波電路（DCChopper）將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。也稱為直流--直流變換器（DC/DCConverter）。一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流—交流—直流。電路分類方?：A型斬波器：單象限運(yùn)行（電流、電壓坐標(biāo)系）B型斬波器：雙象限運(yùn)行C型斬波器：四象限運(yùn)行第三十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3直流斬波電路·引言電路分類方法2：（更基本、廣泛）6種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。復(fù)合斬波電路——不同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。多相多重斬波電路——相同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。第三十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1

基本斬波電路5.3.1.1

降壓斬波電路5.3.1.2

升壓斬波電路5.3.1.3

升降壓斬波電路和Cuk斬波電路5.3.1.4Sepic斬波電路和Zeta斬波電路第四十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.1

降壓斬波電路斬波電路三種控制方式T不變，變ton—脈沖寬度調(diào)制（PWM）。ton不變，變T—頻率調(diào)制。（有濾波難的問題）ton和T都可調(diào)，改變占空比—混合型。此種方式應(yīng)用最多第四十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.1

降壓斬波電路電路結(jié)構(gòu)全控型器件若為晶閘管，須有輔助關(guān)斷電路。續(xù)流二極管負(fù)載出現(xiàn)的反電動勢典型用途之一是拖動直流電動機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載。降壓斬波電路（BuckChopper)第四十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.1

降壓斬波電路工作原理c)

電流斷續(xù)時的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)電流連續(xù)時的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)

電路圖圖3-1

降壓斬波電路得原理圖及波形t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小。動畫演示。第四十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.1

降壓斬波電路數(shù)量關(guān)系電流連續(xù)負(fù)載電壓平均值：（3-1）（3-2）ton——V通的時間toff——V斷的時間a--導(dǎo)通占空比

電流斷續(xù)，Uo被抬高，一般不希望出現(xiàn)。負(fù)載電流平均值：第四十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.1

降壓斬波電路工作過程的理論分析：第2章介紹過：電力電子電路的實(shí)質(zhì)上是分時段線性電路的思想?；凇胺侄尉€性”的思想，對降壓斬波電路進(jìn)行解析。分V處于通態(tài)和處于斷態(tài)初始條件分電流連續(xù)和斷續(xù)第四十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.1

降壓斬波電路同樣可以從能量傳遞關(guān)系出發(fā)進(jìn)行的推導(dǎo)

由于L為無窮大，故負(fù)載電流維持為Io不變電源只在V處于通態(tài)時提供能量，為在整個周期T中，負(fù)載消耗的能量為輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。一周期中，忽略損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等。第四十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.1

降壓斬波電路負(fù)載電流斷續(xù)的情況：

I10=0，且t=tx時，i2=0式（3-7）式（3-6）（3-16）tx<toff電流斷續(xù)的條件：（3-17）（3-19）負(fù)載電流平均值為：輸出電壓平均值為：（3-18）第四十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.2升壓斬波電路升壓斬波電路（BoostChopper）保持輸出電壓儲存電能電路結(jié)構(gòu)1)升壓斬波電路的基本原理第四十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.2升壓斬波電路工作原理假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時，電源E和電感L同時向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。動態(tài)演示。0iGE0ioI1圖3-2升壓斬波電路及工組波形a)

電路圖b)

波形第四十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.2升壓斬波電路數(shù)量關(guān)系設(shè)V通態(tài)的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為設(shè)V斷態(tài)的時間為toff，則此期間電感L釋放能量為穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：（3-21）（3-20）化簡得：

T/toff>1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路。

——升壓比；升壓比的倒數(shù)記作b，即 。b和a的關(guān)系：因此，式（3-21）可表示為（3-23）（3-22）第五十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.2升壓斬波電路電壓升高得原因：電感L儲能使電壓泵升的作用

電容C可將輸出電壓保持住如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負(fù)載R消耗，即：。（3-24）與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。輸出電流的平均值Io為：(3-25)電源電流的平均值Io為：(3-26)第五十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.2升壓斬波電路2)升壓斬波電路典型應(yīng)用一是用于直流電動機(jī)傳動二是用作單相功率因數(shù)校正（PFC）電路三是用于其他交直流電源中ttTEiOOb)a)i1i2I10I20I10tontofftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20uo圖3-3用于直流電動機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及其波形

a）電路圖b）電流連續(xù)時c）電流斷續(xù)時用于直流電動機(jī)傳動再生制動時把電能回饋給直流電源。電動機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。直流電源的電壓基本是恒定的，不必并聯(lián)電容器。動畫演示。第五十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.2升壓斬波電路數(shù)量關(guān)系當(dāng)V處于通態(tài)時，設(shè)電動機(jī)電樞電流為i1，得下式：(3-27)當(dāng)V處于斷態(tài)時，設(shè)電動機(jī)電樞電流為i2，得下式：（3-29）當(dāng)電流連續(xù)時，考慮到初始條件，近似L無窮大時電樞電流的平均值Io，即（3-36）該式表明，以電動機(jī)一側(cè)為基準(zhǔn)看，可將直流電源電壓看作是被降低到了。第五十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.2升壓斬波電路如圖3-3c，當(dāng)電樞電流斷續(xù)時：當(dāng)t=0時刻i1=I10=0，令式（3-31）中I10=0即可求出I20，進(jìn)而可寫出i2的表達(dá)式。另外，當(dāng)t=t2時，i2=0，可求得i2持續(xù)的時間tx，即圖3-3用于直流電動機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及其波形--------電流斷續(xù)的條件tx<t0fftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20第五十四頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路升降壓斬波電路

(buck-boostChopper)電路結(jié)構(gòu)第五十五頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路基本工作原理a)otb)oti1i2tontoffILIL圖3-4升降壓斬波電路及其波形a）電路圖b）波形V通時，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時電流為i1。同時，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。V斷時，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。動態(tài)演示。第五十六頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路數(shù)量關(guān)系穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對時間的積分為零，即（3-39）所以輸出電壓為：（3-41）V處于通態(tài)uL=EV處于斷態(tài)uL=-uo（3-40）第五十七頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路圖3-4b中給出了電源電流i1和負(fù)載電流i2的波形，設(shè)兩者的平均值分別為I1和I2，當(dāng)電流脈動足夠小時，有：（3-42）由上式得：（3-43）結(jié)論當(dāng)0<a<1/2時為降壓，當(dāng)1/2<a<1時為升壓，故稱作升降壓斬波電路。也有稱之為buck-boost變換器。其輸出功率和輸入功率相等，可看作直流變壓器。（3-44）otb)oti1i2tontoffILIL第五十八頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路2)Cuk斬波電路V通時，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有電流。V斷時，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路有電流。輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。電路相當(dāng)于開關(guān)S在A、B兩點(diǎn)之間交替切換。圖3-5Cuk斬波電路及其等效電路a）電路圖b）等效電路第五十九頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路同理：數(shù)量關(guān)系（3-45）V處于通態(tài)的時間ton，則電容電流和時間的乘積為I2ton。V處于斷態(tài)的時間toff，則電容電流和時間的乘積為I1toff。由此可得：（3-46）（3-46）（3-48）

優(yōu)點(diǎn)（與升降壓斬波電路相比）：輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動很小，有利于對輸入、輸出進(jìn)行濾波。第六十頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六b)Zeta斬波電路5.3.1.4Sepic斬波電路和Zeta斬波電路a)Sepic斬波電路圖3-6Sepic斬波電路和Zeta斬波電路電路結(jié)構(gòu)Speic電路原理V通態(tài)，E—L1—V回路和C1—V—L2回路同時導(dǎo)電，L1和L2貯能。V斷態(tài)，E—L1—C1—VD—負(fù)載回路及L2—VD—負(fù)載回路同時導(dǎo)電，此階段E和L1既向負(fù)載供電，同時也向C1充電（C1貯存的能量在V處于通態(tài)時向L2轉(zhuǎn)移）。輸入輸出關(guān)系：（3-49）第六十一頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.1.4Sepic斬波電路和Zeta斬波電路Zeta斬波電路原理V處于通態(tài)期間，電源E經(jīng)開關(guān)V向電感L1貯能。V關(guān)斷后，L1－VD－C1構(gòu)成振蕩回路，L1的能量轉(zhuǎn)移至C1，能量全部轉(zhuǎn)移至C1上之后，VD關(guān)斷，C1經(jīng)L2向負(fù)載供電。輸入輸出關(guān)系：圖3-6Sepic斬波電路和Zeta斬波電路（3-50）相同的輸入輸出關(guān)系。Sepic電路的電源電流和負(fù)載電流均連續(xù)，Zeta電路的輸入、輸出電流均是斷續(xù)的。兩種電路輸出電壓為正極性的。b)Zeta斬波電路第六十二頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.2復(fù)合斬波電路和多相多重斬波電路5.3.2.1

電流可逆斬波電路5.3.2.2

橋式可逆斬波電路5.3.2.3

多相多重斬波電路第六十三頁，共七十頁，編輯于2023年，星期六5.3.2.1電流可逆斬波電路復(fù)合斬波電路——降壓斬波電路和升壓斬波電路組合構(gòu)成

多相多重斬波電路——相同結(jié)構(gòu)的基本斬波電路組合構(gòu)成

斬波電路用于拖動直流電動機(jī)時，常要使電動機(jī)既可電動運(yùn)行，又可再生制動。