电力电子第8章变流电路的组合

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1、第第 8 章变流电路的组合章变流电路的组合8.1 8.1 相控整流电路的串并联相控整流电路的串并联 8.2 8.2 多重化逆变电路多重化逆变电路 8.3 8.3 级联式变流器级联式变流器 8.4 8.4 开关电源开关电源 小小 结结 电磁感应定律 （1）在电磁感应过程中，感生电流所产生的磁通总是阻止磁通的变化。即在磁通增加时，感生电流所产生的磁通与原来磁通方向相反，削弱原磁通的增长；当磁通减小时，感生电流产生的磁通与原来磁通方向相同，阻止原磁通减小。这就是楞次定律。当通过线圈的磁通发生变化时，在线圈两端就要产生感应电动势e。磁通变化越快，感应电动势e就越大。（2）当电压u加在线圈输入端时，在线

2、圈中产生电流，引起磁芯中磁场变化互感 同名端电流从两个线圈的同名端流入，磁通是相互加强的；反之磁通互相抵消。线圈N1中电流i1在N2上产生的互感电势为线圈N2中电流i2在N1上产生的互感电势为互感磁势耦合系数 将互感磁通与总磁通之比称为耦合度 当两个线圈都有电流流通，通过互感互相影响。无漏感时K=1变压器空载（次级不接负载）（1） 假设初级与次级线圈全耦合K=1 N1的端电压 （L1:次级开路时的初级电感。） 在时间t时磁芯中磁通和线圈中的电流分别为 变压器空载（次级不接负载）（2） 因为全耦合L2:初级开路时的次级电感初级开路时的次级电感。变压器负载状态如果将次级与负载接通，在次级线圈中就产

3、如果将次级与负载接通，在次级线圈中就产生电流生电流i2=u2/Z流经负载。电流流经负载。电流i2在线圈在线圈N2中中产生产生磁势磁势i2N2将产生磁通将产生磁通2，与初级，与初级i1N1产产生的磁通生的磁通1的方向相反。为了维持与空载一的方向相反。为了维持与空载一样的感应电势样的感应电势e1所需的磁通变化量所需的磁通变化量1t= 1- 2。必须加大输入电流。必须加大输入电流i1保持激磁保持激磁磁势磁势i1tN1基本不变，即基本不变，即i1tN1=i1N1- i2N2得出得出i1=i1t +i2*N2/N1当激磁电感很大时，理想为无穷大，则激磁电流为当激磁电感很大时，理想为无穷大，则激磁电流为0

4、。则。则i1=i2*N2/N1负载电流越大，反射到初级电流就越大负载电流越大，反射到初级电流就越大理想变压器等效电路理想变压器：如果磁芯磁导率u=，激磁电流为零，同时初级与次级线圈全耦合，且线圈电阻为零，也不考虑磁芯损耗和饱和。当输出端有负载时，输入电流增加。因此变压器的等效输入阻抗i1=i2*N2/N1磁芯的磁滞回线Bs:饱和磁感应强度Br:剩余磁感应强度Hc:矫顽磁力8.4 8.4 开关电源开关电源 8.4.1 8.4.1 带隔离变压器的单端变换电路带隔离变压器的单端变换电路 由由BuckBuck、BoostBoost、Boost-BuckBoost-Buck和和CukCuk四种四种DC-

5、DCDC-DC变换衍生变换衍生 在基本在基本DC-DCDC-DC变换电路中插入了隔离变压器，使电源和负变换电路中插入了隔离变压器，使电源和负载之间有电气隔离，提高变换器运行的安全可靠性和电磁兼容载之间有电气隔离，提高变换器运行的安全可靠性和电磁兼容性，适当的变压比还可以使电源电压与负载电压匹配。性，适当的变压比还可以使电源电压与负载电压匹配。 带隔离变压器的带隔离变压器的DC-DC变换电路可分为单端电路（变换电路可分为单端电路（Single End）和双端电路（）和双端电路（Double End）两大类，）两大类， 单端变换器变压器磁通只在一个方向上变化，正激和反激单端变换器变压器磁通只在一个

6、方向上变化，正激和反激电路属于单端电路，电路属于单端电路， 双端变换器变压器磁通作正反方向变化，半桥和全桥电路双端变换器变压器磁通作正反方向变化，半桥和全桥电路属于双端电路属于双端电路。 一一 单端正激变换器单端正激变换器（Forward ConverterForward Converter） N1原边绕组、原边绕组、 N2副边绕组副边绕组N3磁通复位绕组磁通复位绕组T开关管作斩波控制开关管作斩波控制T导通时，导通时，N1电流电流i1上升上升,变压变压器铁心磁通增加，在副边绕组器铁心磁通增加，在副边绕组N2中感生电势，使二极管中感生电势，使二极管D2导导通，通，D3截止，电感电流截止，电感电流

7、iL= i2向向负载供电。负载供电。T导通时，因为磁通复位绕组导通时，因为磁通复位绕组N3中感生负电压，中感生负电压，D1截止，截止，N3中没有电流。中没有电流。T关断时，电感关断时，电感L经负载和经负载和D3续流。电容续流。电容C用于使输出电压用于使输出电压U0稳定。稳定。磁通复位绕组磁通复位绕组N3的作用是，因为变压器原边只在的作用是，因为变压器原边只在T导通时导通时有单方向电流，铁心的磁化也是单向的，在电流为零时，有单方向电流，铁心的磁化也是单向的，在电流为零时，铁心仍有剩磁，当下次铁心仍有剩磁，当下次T导通时，变压器磁通从剩磁开始上导通时，变压器磁通从剩磁开始上升，在升，在T重复通断中

8、，重复通断中， 剩磁越积越多，最后导致铁心饱和，剩磁越积越多，最后导致铁心饱和，使变压器励磁电流迅速增加可以损坏开关管使变压器励磁电流迅速增加可以损坏开关管T。为了避免铁。为了避免铁心的饱和现象，增加了磁通复位绕组。在心的饱和现象，增加了磁通复位绕组。在T关断时，变压器关断时，变压器电流下降，磁通下降，在电流下降，磁通下降，在N3中感应电动势为上中感应电动势为上“”，下，下“”，D1导通，产生电流导通，产生电流i3，i3与与i1反方向使铁心消除剩反方向使铁心消除剩磁，这过程称为磁通的复位，这对单激式变换器是很重要磁，这过程称为磁通的复位，这对单激式变换器是很重要的。的。 在在T T导通时（导通

9、时（0 0t tonon）变压器副边电压变压器副边电压 dUNNu122T关断时（关断时（tonT）, 副边电压副边电压消磁过程（消磁过程（ tontk ）dUNNu322开关管开关管T T承受的峰值电压为：承受的峰值电压为： dUNNu311ddddTmUNNNUNNUuUu331311N3N3在在N1N1中感生的电压为中感生的电压为单端正激变换器的工作过程如下：单端正激变换器的工作过程如下：T消磁结束（消磁结束（t tk kT T ）02uddonDOkUUNNTtUU123Tton12NNk 变换器输出电压变换器输出电压若取变压器若取变压器N3=N1,则正激变换器的最大占空比则正激变换器

10、的最大占空比max0.5,开关管开关管T的最大反向电压为的最大反向电压为2Ud。式中：式中：调整匝比输出电压调整匝比输出电压UO可以高于可以高于Ud,也可以低也可以低于于 Ud双开关正激变换电路双开关正激变换电路 T1、T2导通时：电源经变压器向负载端输出电流导通时：电源经变压器向负载端输出电流T1和和T2关断时，电感关断时，电感L经二极管经二极管D3续流，同时变压器励磁续流，同时变压器励磁电流经电流经D1、D2向电源向电源Ud返回磁能。返回磁能。双管正激变换器比单管电路多用一个开关管，但开关管承双管正激变换器比单管电路多用一个开关管，但开关管承受电源电压受电源电压Ud，单管电路低一倍。同时变