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科普篇：揭秘电力电子技术如何实现电能的变换和控制

2023-5-10 15:12:01 790 电力电子电力电子技术电能

0 上篇我们对电力电子的常见应用场景进行了简单介绍，本文接着来揭秘电力电子技术如何实现电能的变换和控制。为了能让大家更清楚直观地理解，文中将对电力变换类型及常用电力变换威廉希尔官方网站的工作原理进行分析介绍。通常所用的电力有交流（AC）和直流（DC）两种，交流电主要从公用电网中获得，直流电主要从蓄电池或干电池中获得。根据电源与负载的电力类型，电力变换分为交流变直流（AC-DC）、直流变交流（DC-AC）、直流变直流（DC-DC）以及交流变交流（AC-AC）四类。那么，它们之间到底是如何变换的呢？一、直流-直流变换直流-直流变换威廉希尔官方网站的功能是将一种直流电变为另一种直流电。根据威廉希尔官方网站结构不同，直流-直流变换威廉希尔官方网站分为非隔离型DC-DC威廉希尔官方网站以及隔离型DC-DC威廉希尔官方网站。非隔离型DC-DC威廉希尔官方网站主要实现直流的直接变换，又分为升压（Buck）、降压（Boost）以及升降压（Buck-Boost）威廉希尔官方网站，其威廉希尔官方网站结构如图所示。其中降压/升压威廉希尔官方网站（Buck/Boost）应用最为广泛。以Boost威廉希尔官方网站为例，对非隔离型DC-DC威廉希尔官方网站的工作原理进行分析：首先假设威廉希尔官方网站中电容值与电感值很大。当可控开关V处于通态时，电源E向电感L充电，同时电容C向负载R供电，由于电容值很大，所以输出电压uo基本保持为恒定值；当V处于断态时，电源E和电感L共同向电容C充电并向负载R供电。 Boost威廉希尔官方网站的输出波形如图所示：隔离型DC-DC威廉希尔官方网站主要实现直-交-直变换，威廉希尔官方网站中包含交流环节且多采用变压器进行输入输出隔离。威廉希尔官方网站中推挽、反激、移相全桥拓扑、LC拓扑以及LLC拓扑被广泛应用于各类工业电源中。各类隔离型DC-DC变换威廉希尔官方网站的优缺点、功率范围以及应用领域如表所示。二、交流-直流变换交流-直流变换又称为整流。整流威廉希尔官方网站按输入交流的相数可分为单相整流与多相整流；按照构成器件可分为全控整流、半控整流以及不控整流；按威廉希尔官方网站结构可分为桥式整流与零式整流。常用的整流威廉希尔官方网站主要有半波整流威廉希尔官方网站、全波整流威廉希尔官方网站、桥式整流威廉希尔官方网站以及倍压整流威廉希尔官方网站。其基本的威廉希尔官方网站结构如图所示：以单相桥式不控整流威廉希尔官方网站为例对整流威廉希尔官方网站的工作原理进行分析：单相桥式不控整流威廉希尔官方网站由四个整流器件构成，其中VD1与VD4构成一组桥臂，VD2与VD3构成另一组桥臂。 0-t1：输入电压正半周，VD1、VD4串联承受正向电压导通，电流经VD1- R-VD4流动，输出电压按照正弦规律变化； t1-t2：输入电压负半周，VD2、VD3串联承受正向电压导通，电流经VD3- R-VD2流动，输出电压按照正弦规律变化；单相桥式不控整流威廉希尔官方网站的输出电压波形如图所示：可控整流采用的功率器件均为可控器件，如晶闸管、IGBT等。可控整流威廉希尔官方网站可以通过开关器件的导通、关断来调节整流输出电压大小。常用的可控整流威廉希尔官方网站有三相桥式PWM整流威廉希尔官方网站与Boost-PFC整流威廉希尔官方网站，其威廉希尔官方网站结构见下图。整流威廉希尔官方网站是电力电子威廉希尔官方网站中出现和应用最早的形式之一，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。整流威廉希尔官方网站的应用十分广泛，例如直流电动机、电镀电解电源、同步发电机励磁、通信系统电源等。电力电子技术早期为整流器时代，后期则进入逆变器时代，下面让我们一起来了解逆变变换。三、直流-交流变换与整流相对应，直流-交流变换又称为逆变。当交流侧接有电源时（接入电网）为有源逆变，交流侧直接连接负载时为无源逆变。实际应用中，常用的逆变威廉希尔官方网站为全桥逆变威廉希尔官方网站，电压型全桥逆变威廉希尔官方网站的结构如图所示。以单相电压型全桥逆变威廉希尔官方网站为例对逆变威廉希尔官方网站的工作原理进行分析：威廉希尔官方网站中两个桥臂为方向臂，另两个桥臂为斩波臂，这里V1、V2为方向臂，V3、V4为斩波臂。当调制信号ur>0，V1导通而V2关断，输出平均电压大于零；当调制信号ur<0，V1关断而V2导通，输出平均电压小于零；当ur>uc时，V4导通而V3关断；当ur 0 ppec技术微课堂第三讲02_31.jpg (46.97 KB, 下载次数: 1) ppec技术微课堂第三讲02_28.jpg (65.54 KB, 下载次数: 0)
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