直流升压斩波电路Word格式.docx
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全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。
关键词:
直流;
升压斩波;
IGBT
目录
摘要1
1升压斩波电路3
1.1
升压斩波电路的基本原理3
1.2斩波电路的控制方式4
2.升压斩波电路的典型应用5
3结果分析9
4小结10
参考文献11
1升压斩波电路
升压斩波电路的基本原理
升压斩波电路(BoostChopper)的原理及工作波形如图1-1所示。
该电路中也是一个全控型器件。
图1-1直流升压斩波电路原理图
首先假设电路中电感L值很大,电容C值也很大,当可控开关V处于通态时,电源E向电感L充电,充电电流基本恒定为I1,同时电容C上的电压向负载R供电,因C值很大,基本保持输出电压uo为恒定值。
记为U0。
设V处于通态的时间为ton,此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。
当V处于断态时,电源E和电感L同时向电容C充电并向负载提供能量。
设V处于断态的时间为toff,
则此期间电感L释放能量为:
(U0-E)I1toff。
当电路工作与稳态时,一个周期T中电感L积蓄能量与释放能量相等,即
EI1ton=(U0-E)I1toff(1-1)
化简得
U0=(ton+toff/toff)E=(T/toff)E(1-2)
式中T/toff>
=1,输出电压高于电源电压,故称该电路升压斩波电路。
也有的文献中采用英文名称,称之为boost变换器(BoostConverter)。
式(1-2)T/toff中表示升压比,调节其大小,即可改变输出电压U0的大小,
将升压比的倒数记作β,即β=toff/T。
则β和导通占空比α,有如下关系:
α+β=1(1-3)
因此,式(1-2)可表示为
U0=(1/β)E=E/1-α(1-4)
升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压,关键有两个原因:
一是电感L储能之后具有使电压泵升的作用,二是电容C可将输出电压保持住。
在以上分析中,认为V处于通态期期因电容C的作用使得输出电压U0不变,但实际上C值
不可能为无穷大,在此阶段其向负载放电,U0必然会有所下降,故实际输出电压会略低于式(1-4)理论所得结果,不过,在电容C值足够大时,误差很小,基本可以忽略。
如果忽略电路中的损耗,则有电源提供的能量仅由负载R消耗,即
EI1=U0IO(1-5)
该式表明,与降压斩波电路一样,升压斩波电路也可看成是直流变压器。
根据电路结构并结合式(1-4)得出点开流的平均值Io为
IO=U0/R=E/βR(1-6)
由式(1-5)即可得出电源电流I1为
I1=U0IO/E=E/β2R(1-7)
1.2斩波电路的控制方式
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路可有三种控制方式:
1)保持开关周期T不变,调节开关导通时间ton。
称为脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,PWM或脉冲调宽型。
2)保持开关导通时间ton不变,改变开关周期T,称为频率调制或调频型。
3)Ton和T都可调,是占空比改变,称为混合型。
其中第一种方式应用最多。
2.升压斩波电路的典型应用
图2-1用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路图
通常用于直流电动机再生制动时把电能回馈给直流电源,由于实际电路中电感L值不可能为无穷大,因此该电路和降压斩波电路一样,也有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。
还需要说明的是,此时电动机的反电动势相当于图2-1中的电源,而此时直流电源相当于图2-1电路中的负载。
由于直流电源的电压基本是恒定的,因此不必并联电容器。
用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路波形如图2-2,2-3所示。
图2-2电流连续升压斩波电路波形
图2-3电流断续升压斩波电路波形
根据图形分析,当可控开关V处于通态时,设电动机电枢电流为i1,得下式
Ldi1/dt+Ri1=Em(2-1)
式中,R为电动机电枢回路电阻与线路电阻之和。
设i1的初值为I10,解上式得
i1=I10
+EM(1-
)/R(2-2)
当V处于断态时,设电动机电枢电流为i2,得下式
Ldi2/dt+Ri2=EM-E(2-3)
设i的初值为I,解上式得
i2=I20
/-E-Em(1-
)/R(2-4)
当电流连续时,从2-2图的电流波形图可以看出,t=ton式刻i1=I20,t=T时刻i2=I10,由此可得
(2-5)
(2-6)
由以上两式可得
(2-7)
(2-8)
与降压斩波电路一样,把上面两式用泰勒级数线性近似,得
(2-9)
该式表示了L值为无穷大时电枢电流的平均值Io,即
(2-10)
该式表明,以电动机一侧为基准看,可将直流电源看作是被降低到了
。
枢电流断续时的波形图如2-3所示
当t=0时,i1=I10=0,令式(2-5)中I10=0即可求出I20,进而可写出i2的表达式。
另外,当t=t2时,i2=0,可求的i2持续的时间tx,即
(2-11)
当tx<
toff时,电路为电流断续工作状态,tx<
toff是电流断续的条件,即
(2-12)
根据此式可对电路的工作状态作出判断。
3结果分析
从计算公式中分析得出:
1)占空比α越大负载输出电压越大,调节时间越长;
2)电容C值越大峰值时间越大,第一个峰值越大;
3)电感L值越大峰值时间越大,调节时间越大。
4小结
经过了这次的课程设计,使我得到了很多的心得体会,这次设计加深了我对这门课程的了解,以前总是觉得理论结合不了实际,但通过这次设计使我认识到了理论结合实际的重要性。
但由于我知识的限制,设计还有很多不足之处,希望老师指出并教导。
现在我们所使用到能源中电能占了很大的比重,它具有成本低廉,输送方便,绿色环保,控制方便能很容易转换成其他的信号等等。
我们的日常生活已经离不开电了。
在如今高能耗社会,合理的利用电能,提高电能品质和用电效率成为了全球研究的当务之急。
而《电力电子技术》正是与这一主题相关联的。
直流升压斩波电路是里面的一部分,它开关电源,与线性电源相比,具有绿色效率高,控制方便,智能化,易实现计算机控制。
这次课程设计是对我们所学内容的一次复习与拓展,它要求我们掌握仿真电力电子器件(由于条件有限暂无仿真步骤)。
通过单相全控桥式整流电路的设计,使我加深了对整流电路的理解,对于一个电路的设计,首先应该对它的理论知识很了解,这样才能设计出性能好的电路。
整流电路中,开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的,开关器件和触发电路选择的好,对整流电路的性能指标影响很大。
在这次学习的过程中,也许过程比较紧张和费神,但是当最终的结果出现在我面前的时候却是一种难得的喜悦,这是一种我们平时难以获得的体会。
我们应该正视课程设计,好好的利用课设提升自己本身的知识水平。
参考文献
[1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].4版.北京:
机械工业出版社,2000.
[2]尹克宁.电力工程[M].北京:
中国电力出版社,2008.
[3]黄俊,王兆安.电力电子交流技术[M].3版.北京:
机械工业出版社,1993.
[4]王兆安.电力电子技术是电能质量控制的重要手段[J].电力电子技术,2004
[5]陈治明.电力电子器件基础[M].北京:
机械工业出版社,1992.
[6]张立,黄两一.电力电子场控器件及其应用[M].北京:
机械工业出版社,1995.
[7]林渭勋.现代电力电子技术[M].北京:
机械工业出版社,2006.
[8]赵可斌,陈国雄.电力电子变流技术[M].上海:
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科学出版社,1992.
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航空工业出版社,1992.