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电气转换器原理 961-070-000电气转换器工作动画用
发布时间:2020-09-02 15:06

  带隔离变压器的直流—直流变换器P15 3.1直流-直流降压变换器(Buck变换器) buck电路图 变压比显然与电路结构和导通比都有关系,他们之间的关系可用多种方法推导。 导通比(占空比): 变压比 EO的直流分量V 在许多实际的电力电子变换器中,由于电路开关通-断状态在时间上的对称性,使电压、电流波形具有某些 特定的对称性,从而使其付立叶级数表达式中某些项系 数为零,且其它项系数的计算也变得比较简单。物理上 这种情况就是这时电流或电压波形中不存在某些电流或 电压分量。 在直流电路中分解后的常量可看成所需要的直流量,谐波都是不需要的量。电气转换器用途 buck电路图 谐波一般用滤波器滤掉,滤波器的输出电压有纹波。 在交流电路中一般不会有直流分量,分解出的最低次谐波 常常称为基波,真人现金,其他谐波一般 都是不需要的分量。 buck电路图 滤波器电抗对谐波的阻抗为: 滤波器电容对谐波的阻抗为: 直流量通过滤波器时其大小不受任何影响。 如果: 各谐波经过滤波器后几乎衰减为零。在开关电路中,电气转换器怎么调节常常利用电路前一周期初 始状态与后一周期初始状态相同这一条件来求 电路的稳态运行表达式。 dtdi dtdi dtdi 电容C在一个开关周期内的充电电荷为: PWM(PulseWidth Modulation) 周期不变,导通的时间变化,即导通比D改变从 而改变变压比,控制输出电压。 PFM(PulseFrequency Modulation) 导通时间不变,导通的周期变化,导通比D也能 发生变化,从而达到改变输出电压的目的,电气转换器工作动画但D的变化 范围有限。 PWM(脉冲宽度调制)控制是DC/DC电路中最 常用的控制方法。 前面的分析都是基于电路工作中电感电流 始终连续来分析的,当 运行中电流不连续时, 电路就会出现第三种开 关状态,此时T、D都截 (a)buck电路图 (a)buck电路图 (a)buck电路图 图3.3电感电流波形图 DTmax 3.2直流-直流升压变换器(Boost变换器) 理想Boost变换器的开关状态和工作波形 观看flash演示理想Boost变换器的变压比(1) dtdi dtdi dtdi 输入电流和电感电流的电流平均值均为: 等于负载电流I 电感电流的脉动量为:Lf DV LfDV maxmax max 通过开关管T和D的电流最大值与电感电流的最大值相等: 输出电压脉动等于开关管T导通期间电容C的电压变化量。 可近似地由下式确定: (c)T阻断,D导通。开关状态2T和D所承受的最大电压理想情况下均 与输出电压相等。 电感电流连续—临界连续—不连续 一个周期结束时 电流大于零 一个周期结束时 电流刚好等于零 一个周期未结束 时电流就等于零 图3.3 电感电流波形图 DTmax 观看flash演示电感临界连续电流 maxLK 均值临界连续时电感电流平 maxmax BOOST电路输入电流脉动较小,运行中对电源的扰动小。 3.3 直流降压-升压变换器(Buck-Boost变换器) 3.4直流升压-降压变换器(CUK变换器) 缺点:输入输出电 流脉动大; 优点:输入输出电流脉动小; 3.5 两象限、四象限直流—直流变换器 与其励磁磁通和转速N的乘积成正比: 电枢电压平衡方程为:AB AB 所以转速高低由电枢 电压的大小决定, 转速方向由电枢 电压的方向决定。 AB 电机的转矩方程为:转矩大小由电枢 电流的大小决定, 转矩方向由电枢 电流的方向决定。 转矩方向与电机转向相同为电动状态,反之为制动状态 图3.12四象限直流-直流变换器对直流电机电枢供电 第一象限第四象限 第三象限 第二象限 AB始终 大于零 工作状态: 电机转向始终为正 电磁转矩 可正可负 电动 制动 工作模式:降压(将Vd的电压 降低后送到负载) 输出电压方向: 正向 输出电压大小: 输出电流方向: 正向 电机运行于正向电动 状态,能量由输入直流电 源供向负载。 工作模式:输出电压方向:正向 输出电压大小: 输出电流方向: 负向 电机运行于正向制动 状态,能量由负载向直流 输入电源回馈。 AB AB 升压(将负载的电压升高后向Vd回馈电能) 3.5.2 四象限直流—直流变换器 工作模式:降压(将Vd的电压 降低后送到负载) 输出电压方向: 反向(V AB 输出电压大小:输出电流方向: 反向 电机运行于反向电动 状态,能量由直流输入电 源供向负载。 第四象限 升压工作模式: 输出电压方向: 正向 输出电压大小: 输出电流方向: 负向 电机运行于反向制动状态,能 量由负载供向直流输入电源。 AB AB 升压(将负载的电压升高后向Vd回馈电能) 四象限直流—直流变换器 图3.12四象限直流-直流变换器对直流电机电枢供电 第一象限第四象限 第三象限 第二象限 (c)第三、第四两象限变换电路3.6 多相、多重直流—直流变换器 把几个结构相同的基本变换器适当组合可以 构成另一种复合型直流—直流变换器,称之为 多相、多重直流—直流变换器。 假定复合型变换器中开关管控制周期为T (t)脉动频率为nf,则称之为n相变换器。 如果在一个T (t)脉动频率为mf,则称之为m重变换器。多相、多重直流—直流变换器原理 (b)波形 T1 D3 D2 D1 T3 T2 i1 i3 i2 LoEm Vd(a)电路 id图3.13 三相、三重复合型直流—直流变换器 LoEm 3.73.7 带隔离变压器的 带隔离变压器的DC DC- -DC DC变换器 变换器 引入隔离变压器目的: 实现输入电源和负载的电气隔离(提高 安全可靠性和电磁 兼容性) 匹配输入电压和输出电压 输出多个不同的直流电压 N1N2 N3 D1 (a)Buck变换器 3.7.13.7.1 隔离型 隔离型Buck Buck变换器 变换器——单端正激变换器 单端正激变换器 正激变换器——开关管导通时电源将能量直接传送给负载 DTs,N2、D2导电,N3、D1、D3截止: T截止:减小;感应电势使D2截止;变压器 激磁电流突变为零,过高的感应电压 很大)易使T损坏,为此增加绕组N3,T导电时D3反偏无作用。T截止时激磁电流下降, N3感应电势经D3反送至电源,进一步减小到零; TTonon=DT =DTss期间 期间 DFHF Toffoff (1--D)TD)Tss期间 期间 通常取N3=N1,故工作中的最大占空比Dmax=0.5因此T的反压 双管正激变换器双管正激变换器 T1和T2具有相同的占空比;T1、T2导通时, D1、D2反偏截止,电源 通过变压器向负载输送 能量;T1、T2截止时, iL经D续流,变压器激磁 电流经D1、D2返回电源, 起去磁作用。 多一个开关管;开关管上承受的电压仅为Vd, 小于单管变换器。 T2T1 D2 D1 N13.7.2 3.7.2 隔离型 隔离型Buck Buck--Boost Boost变换器 变换器— —单端反激变换器 单端反激变换器 反激变换器反激变换器——开关管 导通时电源将电能转为 磁能储存在电感(变压 器)中,当开关管关断 时再将磁能变为电能传 送到负载 单端变换器单端变换器——变压器 磁通仅在单方向变化 L1N2 N1 D1 L2(a)Buck-Boost变换器 TT导通时的关系式导通时的关系式 dtdi 10max L1N2 N1 D1 L2TT阻断时的关系式 阻断时的关系式 单端反激变换器(T 阻断) dtdi 20min 绕组的电流初值为,所以 中增加的磁通应等于减少的磁通量,所以得到输出直流电压平均值 N1绕组的最大电流:10 反激变换器反激变换器 11 电流不断流的条件 ,所以有 开关管阻断、D1导通时承受的正向电压 L1N2 N1 D1 在负载为零的极端情况下,由于T导通时储存在变压器电感中的磁能无处消耗,故输出电压将越来越高, 损坏电路元件,所以反激式变换器不能在空载下工作。 依靠变压器绕组电感在开关T阻断时释放存储的能量而对负载供电,磁通也只在单方向变化,因此通常仅 用于100-200W以下的小容量DC/DC变换(如控制系 统所需的辅助电源)。不需要专门的去磁绕组; 双管单端反激变换器多一个开关管;开关管上承受的电压仅为Vd,小于单管变换器。 同时导通、同时阻断;导通时将电源能量 储存在变压器中,阻断 时储存的能量送给负载, 原方绕组电流通过D1、电气转换器原理 961-070-000 D2和电源续流、去磁。 T1、T2所承受的最高电压仅为电源电压V

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