Contents項目一電工基礎(chǔ)知識項目二電磁學(xué)基礎(chǔ)項目三新能源汽車電力電子元器件項目四交流電基礎(chǔ)項目五功率變換電路項目六新能源汽車常用傳感器應(yīng)用技術(shù)項目五功率變換電路眾所周知，電能主要分為兩大類,一類是直流電,另一類是交流電。而電能變換的種類主要有交流變直流(AC/DC)、直流變交流(DC/AC)、直流變直流(DC/DC)等。電力電子技術(shù)中的變換不僅包括電能種類的相互變換,還包括對電壓、電流、頻率、波形和相數(shù)等的變換和控制。功率變換技術(shù)是新能源汽車調(diào)速和轉(zhuǎn)向等動力控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),其基本作用就是通過合理、有效地控制電源系統(tǒng)電壓、電流的輸出和驅(qū)動電機電壓、電流的輸入,完成對驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向的控制。此外,新能源汽車的充電及低壓設(shè)備的供電也是通過相應(yīng)的功率變換技術(shù)完成。實現(xiàn)上述電能變換的技術(shù)也可以稱為變流技術(shù)。電力電子技術(shù)也可以說是以電力電子器件為核心,構(gòu)成相應(yīng)的電路或裝置,使得輸入電能形式通過電力電子裝置變成所希望的輸出電能形式的技術(shù)。新能源汽車作為未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流,其中涉及交流變直流、直流變交流、直流變直流的應(yīng)用。因此,掌握基本的電能變換、汽車電子元器件性能檢測和新能源汽車電能變換電路等知識，對新能源汽車電氣系統(tǒng)的維修至關(guān)重要。項目導(dǎo)言項目五功率變換電路任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測任務(wù)三ＤＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測任務(wù)導(dǎo)言AC/DC變換電路,是將交流電變換成直流電的電路,大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路、濾波器等組成。20世紀70年代以后，整流主電路多用硅整流二極管或晶閘管組成;濾波器接在主電路與負載之間,用于濾除脈動直流電壓中的交流成分;變壓器設(shè)置與否視具體情況而定,變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離。任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測學(xué)習(xí)目標1.知識目標(1)掌握不可控整流電路的類型和特點。(2)掌握PWM(脈沖寬度調(diào)制)整流電路的類型和特點。2.技能目標(1)能夠正確區(qū)分不可控整流電路和PWM整流電路。(2)能夠分析不同類型整流電路的工作原理。3.素質(zhì)目標(1)培養(yǎng)學(xué)生樹立安全至上的職業(yè)理念,嚴格遵守高壓操作規(guī)范，提升風(fēng)險預(yù)判與應(yīng)急處理能力。(2)培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和分析問題的能力,能通過查閱資料、分析數(shù)據(jù),提升電路識別中的邏輯思維能力。(3)培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)中敢擔(dān)當(dāng)、能吃苦的好品質(zhì)及一絲不茍的工作作風(fēng)。任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測一.不可控整流電路任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-１單相半波整流電路與電壓電流波形整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娹D(zhuǎn)換成脈動直流電的電路。單向半波整流電路是電源電路中一種最簡單的整流電路，如圖５-１ａ)所示，它的電路結(jié)構(gòu)最為簡單。由整流變壓器、二極管及負載組成。單相半波整流電路整流波形如圖５-１ｂ)所示。由于這種電路只在交流的半個周期內(nèi)才導(dǎo)通，也只有在正半周時才有電流流過負載，故稱為單相半波整流電路。1．單相半波整流電路一.不可控整流電路任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-2單相橋式整流電路為了克服半波整流電路的缺點，在實際電路中多采用全波整流電路。最常用的全波整流電路是橋式整流電路，它是由四個二極管接成電橋的形式構(gòu)成的，如圖５-２所示。2．單相橋式整流電路一.不可控整流電路任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-3三相橋式整流電路廣泛應(yīng)用的三相橋式整流電路是從三相半波電流電路擴展而來。三相橋式整流電路是由兩組三相半波整流電路串聯(lián)而成的，如圖５-3所示。一組接成共陰極，另一組接成共陽極，這種整流電路不再需要變壓器中點。3．三相橋式整流電路一.不可控整流電路任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-3三相橋式整流電路廣泛應(yīng)用的三相橋式整流電路是從三相半波電流電路擴展而來。三相橋式整流電路是由兩組三相半波整流電路串聯(lián)而成的，如圖５-3所示。一組接成共陰極，另一組接成共陽極，這種整流電路不再需要變壓器中點。3．三相橋式整流電路一.不可控整流電路任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-3三相橋式整流電路廣泛應(yīng)用的三相橋式整流電路是從三相半波電流電路擴展而來。三相橋式整流電路是由兩組三相半波整流電路串聯(lián)而成的，如圖５-3所示。一組接成共陰極，另一組接成共陽極，這種整流電路不再需要變壓器中點。3．三相橋式整流電路一.不可控整流電路任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-4三相橋式整流電路電壓波形圖三相橋式整流電路工作時,共陰極的三個二極管中,陽極交流電壓最高的那個二極管優(yōu)先導(dǎo)通,而另外兩個二極管因承受反壓處于關(guān)斷狀態(tài);同理,共陽極的三個二極管中，陰極交流電壓最低的那個二極管優(yōu)先導(dǎo)通,而另外兩個二極管因承受反壓處于關(guān)斷狀態(tài)。即在電路工作過程中,共陰極組和共陽極組中各有一個二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。三相橋式整流電路壓波形如圖５-4所示。3．三相橋式整流電路二.PWM整流電路任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-5單相電壓型ＰＷＭ整流電路PWM整流電路由全控性功率開關(guān)器件構(gòu)成,采用脈沖寬度調(diào)制(PulseWidthModulatiom,PWM)控制方式。PWM整流電路也不是傳統(tǒng)意義上的AC/DC變換電路,而是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電能雙向變換的電路。1．單相電壓型ＰＷＭ整流電路單相電壓型PWM整流電路最初應(yīng)用于電力機車交流傳動系統(tǒng)中,為牽引變流器提供直流電源,如圖5-5所示。二.PWM整流電路任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-6三相電壓型ＰＷＭ整流電路2．三相電壓型ＰＷＭ整流電路三相電壓型PWM整流電路(圖5-6)具有更快的響應(yīng)速度和更好的輸人電流波形,穩(wěn)態(tài)工作時,輸出電流電壓不變,開關(guān)器件按正弦規(guī)律脈寬調(diào)制,整流器交流側(cè)的輸出電壓與逆變器相同,忽略整流電路輸出交流電壓的諧波,變換器可以看作是可控正弦三相電壓源,它和正弦的電源高電壓共同作用于輸入電感，產(chǎn)生正弦電流波形,適當(dāng)控制整流電路輸出電壓的幅值和相位,就可以獲得所需大小和相位的輸人電流。二.PWM整流電路任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-7三相電流型ＰＷＭ整流電路3．三相電流型ＰＷＭ整流電路三相電流型PWM整流電路(圖5-7)用于穩(wěn)定輸出電流,使輸出特性為電流源特性,利用正弦調(diào)制方式控制直流電流在各開關(guān)器件上的分配,使交流電流波形接近正弦波,且和電源電壓同相位,交流側(cè)電容的作用是濾除與開關(guān)頻率相關(guān)的高次諧波。二.PWM整流電路任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-8車載充電機電路結(jié)構(gòu)整流電路在新能源汽車上的應(yīng)用——車載充電機車載充電機(圖５-８)是整流電路在新能源汽車上的典型應(yīng)用，其功能是將電網(wǎng)單相交流電變換為直流電給動力蓄電池充電。為了提高電路的功率因數(shù)、減小設(shè)備體積，達到比較理想的輸出效果，一般是整流電路和其他結(jié)構(gòu)的電路形式相結(jié)合，完成電能變換。任務(wù)目標(１)掌握二極管的單向?qū)щ娦?２)掌握橋式整流電路的組成、工作原理和電路特點(３)學(xué)習(xí)正確使用示波器的ＤＣ、ＡＣ輸入方式觀察波形的方法學(xué)習(xí)過程(１)單相橋式整流電路的基本知識。(２)示波器的使用。任務(wù)實施單相橋式整流電路的連接及驗證。三.任務(wù)實施單相橋式整流電路圖5-9單相橋式整流電路任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測任務(wù)目標(1)電工電子實訓(xùn)臺。(2)雙蹤示波器。(3)數(shù)字式萬用表。(4)連接導(dǎo)線若干。任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測3.任務(wù)實施單相橋式整流電路材料準備(１)掌握二極管的單向?qū)щ娦?２)掌握橋式整流電路的組成、工作原理和電路特點(３)學(xué)習(xí)正確使用示波器的ＤＣ、ＡＣ輸入方式觀察波形的方法學(xué)習(xí)過程(1)實驗原理。單相橋式整流電路由變壓器、4個整流二極管和負載電阻組成,如圖5~9所示。當(dāng)交流電u2為正半周時,u2的極性為上正、下負,此時二極管VD1和VD4的兩端承受正向電壓而導(dǎo)通,同時VD2和VD3承受反向電壓而截止,電壓u2通過VD1、負載電阻Rl和VD3形成回路,流過負載電阻Rr的電流依然為自上而下。通過以上分析可知,無論是在交流電的正半周還是負半周,負載電阻RL上都有電流流過,而且方向都是自上而下,電流方向保持不變。(2)實驗電路。任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測3.任務(wù)實施單相橋式整流電路圖5—9單相橋式整流電路任務(wù)實施(3)實驗步驟。①根據(jù)電路圖中各元器件的參數(shù),在實驗板臺上找出對應(yīng)的元件,然后用導(dǎo)線連接好實物圖,注意整流二極管的極性。檢查無誤后,接通試驗臺的電源。②接通示波器,調(diào)節(jié)好輝度聚焦光點并將掃描范圍調(diào)整到相應(yīng)位置。③將A、B端點分別接到示波器Y1通道的正、負輸入端，將C、D接到Y(jié)2通道的正、負輸入端,仔細觀察橋式整流前后的波形。④用萬用表測量負載兩端的電壓，將結(jié)果記錄至表5-1中，根據(jù)理論計算驗證試驗結(jié)果。任務(wù)一ＡＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測3.任務(wù)實施單相橋式整流電路任務(wù)導(dǎo)言DC/AC變換器又稱逆變器,如圖5-12所示，是應(yīng)用電力電子器件將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的一種變流裝置,供交流負載用電或向交流電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電所用。隨著石油煤炭和天+然氣等傳統(tǒng)能源的日益減少,新能源的開發(fā)和利用越來越受到重視,逆變器有了更廣泛的應(yīng)用。逆變技術(shù)可以將動力蓄電池、太陽能電池和燃料電池等通過新能源技術(shù)獲得的電能變換成交流電,以滿足對電能的需求,因此逆變技術(shù)對于新能源的開發(fā)和利用起著重要的作用。任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測學(xué)習(xí)目標1.知識目標(1)掌握逆變電路的工作原理和換向方式。(2)掌握逆變電路的類型和特點。2.技能目標(1)能夠分析不同逆變電路的類型。(2)能夠分析不同逆變電路的特點。3.素質(zhì)目標(1)培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)穆殬I(yè)道德和責(zé)任感，嚴格遵守行業(yè)規(guī)范及安全操作流程。(2)培養(yǎng)學(xué)生在電路分析技術(shù)實踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析數(shù)據(jù)并制定解決方案的綜合能力任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測一.逆變器任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測圖5-13逆變器框圖逆變電路與整流電路相對應(yīng)，是把直流電變成交流電的電路。當(dāng)變換裝置交流側(cè)接在電網(wǎng)上，即交流側(cè)接有電源時,稱為有源逆變;當(dāng)變換裝置交流側(cè)直接和負載連接時，稱為無源逆變。逆變電路的應(yīng)用非常廣泛,在已有的各種電源中,蓄電池、干電池、太陽能電池等都是直流電源，當(dāng)需要這些電源向交流負載供電時，就需要逆變電路。另外交流電機調(diào)速用變頻、不間斷電源感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置應(yīng)用非常廣泛,其電路的核心部分都是逆變電路,電路框圖如圖5-13所示。它的基本作用是在電路的控制下將中間直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。1．逆變電路二.逆變電路的原理任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測圖5-14逆變電路原理圖逆變電路原理如圖5-14所示，S~S4是單相橋式電路4個臂上的開關(guān)，并假設(shè)S,~S4均為理想開關(guān)。當(dāng)SS閉合,S2、S3斷開時,負載電壓uo為正;當(dāng)S、S4斷開,S2、S3閉合時，Uo為負。這樣,就把直流電變成了交流電。改變兩組開關(guān)切換頻率,就可改變輸出交流電頻率。這就是逆變的最基本原理。2．逆變電路原理三.逆變電路的換向任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測電路在工作過程中,電流從一個支路向另一個支路轉(zhuǎn)移的過程稱為換向。（1）器件換向（2）電網(wǎng)換向（3）負載換向

(4)強迫換向上述四種換向方式中,器件換向只適用于全控型器件,其余三種方式主要是針對晶閘管而言的。器件換向和強迫換向都是因為器件或變換器自身的原因而實現(xiàn)換向的,二者都屬于自換向;電網(wǎng)換向和負載換向不是依靠變換器自身因素,而是借助外部手段(電網(wǎng)電壓或負載電壓)來實現(xiàn)換向的,它們屬于外部換向。3．逆變電路的換向方式四.逆變器的種類任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測圖5-14半橋逆變電路和波形圖直流電源為電壓源的逆變電路稱為電壓型逆變電路。電壓型逆變電路的特點是:直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容,直流側(cè)電壓基本無脈動。由于直流電壓源的鉗位作用，輸出電壓為矩形波,輸出電流因負載阻抗不同而不同。阻感負載時需提供無功功率,為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。（1）半橋逆變電路1．電壓型逆變電路四.逆變器的種類任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測圖5-16全橋逆變電路（2）全橋逆變電路全橋逆變電路,如圖5-16所示,共有四個橋臂，可看成兩個半橋逆變電路組合而成。兩對橋臂交替導(dǎo)通180°。輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同，但幅值高出一-倍,其波形如圖5-17所示。在這種情況下,要改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓U。1．電壓型逆變電路圖5-17全橋逆變電路波形圖四.逆變器的種類任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測圖5-18帶中心抽頭變壓器的逆變電路（3）帶中心抽頭變壓器的逆變電路(圖５-１８)交替驅(qū)動兩個IGBT,經(jīng)變壓器耦合給負載加上矩形波交流電壓。兩個二極管的作用也是提供無功能量的反饋通道。Ua和負載參數(shù)相同，變壓器匝比為1:1:1時，Uo和in波形及幅值與全橋逆變電路完全相同。1．電壓型逆變電路四.逆變器的種類任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測圖5-19三相電壓型逆變電路（4）三相電壓型逆變電路三個單相逆變電路可組合成-一個三相逆變電路,如圖5-19所示。其基本工作方式是180°導(dǎo)電方式。同--相(即同-半橋).上下兩臂交替導(dǎo)電,各相開始導(dǎo)電的角度差120°,任一瞬間有三個橋臂同時導(dǎo)通。每次換向都是在同一相上下兩臂之間進行,也稱為縱向換向。1．電壓型逆變電路四.逆變器的種類任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測圖5-20

單相橋式電流型逆變電路直流電源為電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路。電流型逆變電路主要特點是:直流側(cè)串聯(lián)大電感,電流基本無脈動，相當(dāng)于電流源。交流輸出電流為矩形波,與負載阻抗角無關(guān),輸出電壓波形和相位因負載不同而不同。直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。電流型逆變電路中,采用半控型器件的電路仍應(yīng)用較多，換向方式有負載換向、強迫換向。（1）單相電流型逆變電路2．電流型逆變電路四.逆變器的種類任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測圖5-22

三相電流型逆變電路（2）三相電流型逆變電路①電路分析:基本工作方式是120導(dǎo)電方式,每個臂一周期內(nèi)導(dǎo)電120°,每個時刻上下橋臂組各有一一個臂導(dǎo)通。換流方式為橫向換流,如圖5-22所示。2．電流型逆變電路任務(wù)目標(1)掌握逆變電路的定義。(2)熟知逆變電路的工作原理。(3)掌握逆變電路的類型。(4)熟知逆變電路的換流方式。學(xué)習(xí)過程(１)基于變壓器和晶體管的逆變電路的認知(２)基于變壓器和晶體管的逆變電路的搭接任務(wù)實施基于變壓器和晶體管的逆變電路的檢測。ＤＣ/ＡＣ變換電路檢測圖5-24變壓器和晶體管逆變電路任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測五.任務(wù)實施任務(wù)目標(1)整流逆變電路實訓(xùn)臺。(2)雙蹤示波器。(3)數(shù)字式萬用表。(4)連接導(dǎo)線若干。任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測3.任務(wù)實施材料準備(1)掌握逆變電路的定義。(2)熟知逆變電路的工作原理。(3)掌握逆變電路的類型。(4)熟知逆變電路的換流方式。ＤＣ/ＡＣ變換電路檢測學(xué)習(xí)過程任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測3.任務(wù)實施ＤＣ/ＡＣ變換電路檢測(1)基于變壓器和晶體管的逆變電路的認知。①變壓器的認知。變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置,主要構(gòu)件是一次線圈、二次線圈和鐵芯(磁芯),其主要功能有電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等。②晶體管的認知。晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件(包括二極管、場效應(yīng)管、晶閘管等，有時特指雙極型器件),具有檢波、整流放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開關(guān),能夠基于輸人電壓控制輸出電流。與普通機械開關(guān)不同,晶體管利用電信號來控制自身的開合,所以開關(guān)速度可以非?？?實驗室中的切換速度可達100GHz以上。③現(xiàn)將12V直流電輸人，經(jīng)過電路變壓后，轉(zhuǎn)變?yōu)?20V交流電輸出。任務(wù)實施任務(wù)二ＤＣ/ＡＣ變換電路分析與檢測3.任務(wù)實施(2)基于變壓器和晶體管的逆變電路的搭接。搭接電路:變壓器和晶體管逆變電路由可調(diào)直流12V電源插件電阻、安規(guī)電容、滌綸電容、整流二極管、兩個PNP晶體管、線圈和變壓器等組成,如圖5-24所示。接通電路,其中左邊B+、B-為12V直流電源輸入端,右邊A、B、C、D為12V直流電源輸出端。將萬用表調(diào)至交流電壓擋，可以在實訓(xùn)箱中測出A和C兩端的交流電壓值為220V。ＤＣ/ＡＣ變換電路檢測任務(wù)導(dǎo)言任務(wù)三ＤＣ/DＣ變換電路分析與檢測ＤＣ

/

ＤＣ

變換電路的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，包括直接直流變換電路和間接直流變換電路。直接直流變換電路也稱斬波電路，它的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，這種情況下輸入與輸出之間不隔離。間接直流變換電路是在直流變換電路中增加了交流環(huán)節(jié)，在交流環(huán)節(jié)中通常采用變壓器實現(xiàn)輸入輸出間的隔離，因此也稱為帶隔離的ＤＣ/ＤＣ變換電路。學(xué)習(xí)目標1.知識目標(1)掌握直流斬波電路的工作原理和控制方式。

(2)掌握不同直流斬波電路的工作原理和特點。2.技能目標能夠正確對直流斬波電路進行分析。3.素質(zhì)目標(1)通過變換電路的教學(xué)活動,培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)中敢擔(dān)當(dāng)、能吃苦的好品質(zhì)及一絲不茍的工作作風(fēng)。(2)培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和分析問題的能力，能通過查閱資料、分析數(shù)據(jù)，提升電路識別中的邏輯思維能力。(3)培養(yǎng)團隊協(xié)作精神,能夠與小組其他成員有效溝通、密切配合,弘揚勞動精神、奮斗精神、奉獻精神。任務(wù)三ＤＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測一.直流斬波電路任務(wù)三ＤＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-25直流斬波電路脈沖寬度調(diào)制(ＰＷＭ)工作方式工程上一般將以開關(guān)管按一定控制規(guī)律調(diào)制且無變壓器隔離的ＤＣ/ＤＣ變換器稱為直流斬波器，如圖５—２５所示。直流斬波電路主要工作方式是脈沖寬度調(diào)制(ＰＷＭ)，基本原理是通過開關(guān)管把直流電斬成方波(脈沖波)，通過調(diào)節(jié)方波的占空比(脈沖寬度與脈沖周期之比)來改變電壓。1．?dāng)夭娐饭ぷ髟硪?直流斬波電路任務(wù)三ＤＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-25直流斬波電路脈沖寬度調(diào)制(ＰＷＭ)工作方式工程上一般將以開關(guān)管按一定控制規(guī)律調(diào)制且無變壓器隔離的ＤＣ/ＤＣ變換器稱為直流斬波器，如圖５—２５所示。直流斬波電路主要工作方式是脈沖寬度調(diào)制(ＰＷＭ)，基本原理是通過開關(guān)管把直流電斬成方波(脈沖波)，通過調(diào)節(jié)方波的占空比(脈沖寬度與脈沖周期之比)來改變電壓。1．?dāng)夭娐饭ぷ髟硪?直流斬波電路任務(wù)三ＤＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-26功率開關(guān)代替開關(guān)用可控的功率開關(guān)管代替開關(guān)，輸入一定的控制信號，控制電路的交替通斷，獲得可調(diào)的輸出電壓，可以達到降壓的目的，如圖5-26所示。1．?dāng)夭娐饭ぷ髟矶?降壓斬波電路任務(wù)三ＤＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-27降壓斬波電路結(jié)構(gòu)降壓斬波電路結(jié)構(gòu)，如圖５—２７所示。(１)為抑制輸出電壓脈動，在基本原理電路中加入濾波電容Ｃ。(２)為限制開關(guān)管ＶＤ導(dǎo)通時的電流應(yīng)力，將緩沖電感串入開關(guān)管ＶＤ的支路中。(３)為了避免開關(guān)管ＶＤ關(guān)斷時緩沖電感中電流的突變，加入續(xù)流二極管Ｄ。1．降壓斬波電路結(jié)構(gòu)二.降壓斬波電路任務(wù)三ＤＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-28降壓原理示意圖如圖５—２8所示，實線為連續(xù)輸出波形，其平均電壓如虛線所示。改變脈沖寬度即可改變輸出電壓，在時間ｔ１前脈沖較寬、間隔窄，平均電壓(Ｕ０１)較高?在時間ｔ１后脈沖變窄，平均電壓(Ｕ０２)降低。固定方波周期Ｔ不變，改變占空比調(diào)節(jié)輸出電壓就是ＰＷＭ法，也稱為定頻調(diào)寬法。由于輸出電壓比輸入電壓低，稱之為降壓斬波電路或Ｂｕｃｋ變換器。2．降壓斬波電路工作原理圖5-29降壓原理電路圖與波形圖方波脈沖不能算直流電源，實際使用要加上濾波電路，如圖５—２９所示。三.升壓斬波電路任務(wù)三ＤＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-30升壓斬波電路結(jié)構(gòu)升壓斬波電路稱為Boost型升壓變換器,又稱并聯(lián)開關(guān)變換器,由功率開關(guān)、二極管、儲.能電感、輸出濾波電容等組成,如圖5-30所示。1．升壓斬波電路結(jié)構(gòu)三.升壓斬波電路任務(wù)三ＤＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測如圖5-31所示,當(dāng)開關(guān)管VD導(dǎo)通時,電流通過電感L時會在L中存儲能量,此時負載.上的電壓由C提供,當(dāng)開關(guān)管VD關(guān)斷時,電感L釋放能量，輸出電壓為輸人電壓U;與L產(chǎn)生的電壓相加,故提高了輸人電壓,該電路即升壓斬波電路,輸出電壓U,=U;/(1-D),D是占空比,D值必須小于1。2．升壓斬波電路工作原理圖5-31升壓原理電路圖與波形圖四.升降壓斬波電路任務(wù)三ＤＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-32升降壓斬波電路和工作狀態(tài)升降壓斬波電路的特點是輸出電壓可以低于電源電壓,也可以高于電源電壓,是將降壓斬波和升壓斬波電路結(jié)合的一種直接變換電路,主要由功率開關(guān),二極管、儲能電感、輸出濾波電容等組成，如圖5-32a)所示。1．升降壓斬波電路結(jié)構(gòu)2．升降壓斬波電路工作原理升降壓斬波電路(Buck-BoostChopper),設(shè)電路中電感L值很大,電容C值也很大。使電感電流I和電容電壓(即負載電壓)Ug基本為恒值。當(dāng)可控開關(guān)VT處于通態(tài)時,電源U經(jīng)VT向電感L供電使其儲存能量,此時電流為1,方向如圖5-32b)所示。同時，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負載R供電。此后,使VT關(guān)斷,電感L中儲存的能量向負載釋放,電流為Ip,方向如圖5-32c)所示。四.升降壓斬波電路任務(wù)三ＤＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測圖5-32升降壓斬波電路和工作狀態(tài)升降壓斬波電路的特點是輸出電壓可以低于電源電壓,也可以高于電源電壓,是將降壓斬波和升壓斬波電路結(jié)合的一種直接變換電路,主要由功率開關(guān),二極管、儲能電感、輸出濾波電容等組成，如圖5-32a)所示。1．升降壓斬波電路結(jié)構(gòu)2．升降壓斬波電路工作原理升降壓斬波電路(Buck-BoostChopper),設(shè)電路中電感L值很大,電容C值也很大。使電感電流I和電容電壓(即負載電壓)Ug基本為恒值。當(dāng)可控開關(guān)VT處于通態(tài)時,電源U經(jīng)VT向電感L供電使其儲存能量,此時電流為1,方向如圖5-32b)所示。同時，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負載R供電。此后,使VT關(guān)斷,電感L中儲存的能量向負載釋放,電流為Ip,方向如圖5-32c)所示。任務(wù)目標(１)掌握逆變電路定義(2)熟知逆變電路的工作原理(3)掌握逆變電路的類型(4)熟知逆變電路的換流方式學(xué)習(xí)過程(１）基于變壓器和晶體管的逆變電路的認知(２）基于變壓器和晶體管的逆變電路的搭接任務(wù)實施基于變壓器和晶體管的逆變電路的檢測。ＤＣ/ＤＣ變換電路檢測圖5-35變壓器和晶體管逆變電路任務(wù)三ＤＣ/ＤＣ變換電路分析與檢測五.任務(wù)實施任務(wù)目標(1)整流逆變電路實訓(xùn)臺。(2)雙蹤示波器。(3)數(shù)字式萬用表。(4)連接導(dǎo)線若干。任務(wù)三ＤＣ/DＣ變換電路分析與檢測3.任務(wù)實施材料準備(1)掌握逆變電路的定義。(2)熟知逆變電路的工作原理。(3)掌握逆變電路的類型。(4)熟知逆變電路的換流方式。ＤＣ/DＣ變換電路檢測學(xué)習(xí)過程任務(wù)三ＤＣ/DＣ變換電路分析與檢測3.任務(wù)實施ＤＣ/DＣ變換電路檢測(1)基于變壓器和晶體管的逆變電路的認知。①變壓器的認知。變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置,主要構(gòu)件是一次線圈、二次線圈和鐵芯(磁芯),其主要功能有電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等。②晶體管的認知。晶體管是一種固體半導(dǎo)體器件(包括二極管、場效應(yīng)管、晶閘管等，有時特指雙極型器件),具有檢波、整流放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開關(guān),能夠基于輸人電壓控制輸出電流。與普通機械開關(guān)不同,晶體管利用電信號來控制自身的開合,所以開關(guān)速度可以非?？?實驗室中的切換速度可達100GHz以上。③現(xiàn)將12V直流電輸人，經(jīng)過電路變壓后，轉(zhuǎn)變?yōu)?20V交流電輸出。任務(wù)實施任務(wù)三ＤＣ/DＣ變換電路分析與檢測3.任務(wù)實施(2)基于變壓器和晶體管的逆變電路的搭接。搭接電路:變壓器和晶體管逆變電路由可調(diào)直流12V電源插件電阻、安規(guī)電容、滌綸電容、整流二極管、兩個PNP晶體管、線圈和變壓器等組成,如圖5-24所示。接通電路,其中左邊B+、B-為12V直流電源輸入端,右邊A、B、C、D為12V直流電源輸出端。將萬用表調(diào)至交流電壓擋，可以在實訓(xùn)箱中測出A和C兩端的交流電壓值為220V。ＤＣ/ＡＣ變換電路檢測2023感動中國人物知識拓展作為地面上的“天空”,飛行器的“搖籃”,風(fēng)洞見證著我國東風(fēng)系列導(dǎo)彈、神舟系列飛船等國之重器的誕生與成長。JF12高超聲速復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞通過驗收并投入使用,這是用于航空航天等試驗的大型科學(xué)裝置,技術(shù)水平在國際上遙遙領(lǐng)先。這一裝置所運用的“爆轟驅(qū)動高焓激波風(fēng)洞技術(shù)”的理論奠基人,是中國科學(xué)院院士、著名力學(xué)家俞鴻儒。俞老潛心研究風(fēng)洞技術(shù)已經(jīng)50年。如今，俞老依然提攜后輩，他的智慧與謙遜,也點亮了無數(shù)新星?！戮从狲櫲逶菏?他的付出與奉獻,將永遠照耀在科學(xué)的高峰上。習(xí)題一、填空題1.AC/DC變換電路是將______電轉(zhuǎn)換為______電的電路。2．三相橋式全控整流電路，電阻性負載，當(dāng)控制角α______時，輸出電壓波形連續(xù)。3.AC/DC變換電路中，______是實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的核心器件。4.DC/AC變換電路也被稱為________，其作用是將___