編碼與資訊處理

[拼音]:zhiliu bianhuan dianlu

[英文]:D.C.converting circuit

將幅值固定的直流電壓變換成幅值和極性為可變的直流電壓的變換電路。

工作原理

最基本的直流變換電路如圖a所示。

電路中輸入的直流電壓ud由不控整流電路獲得,它的幅值固定。電路中的負載為感性,用R0和L0表示。可控元件T具有自關斷能力(若採用無關斷能力的普通閘流體則需附加換流電路),不控元件D與負載並聯。由圖中可見,當T處於通態時,輸出電壓u0=Ud(Ud是輸入電壓的直流平均值),二極體D反向阻斷,直流電源向負載輸送電能。相反的情況下,當T處於阻斷時,入端電流為零,直流電源與負載脫離,原先貯存在電感L0中的磁能沿D釋放,維持負載電流i0連續,輸出電壓u0=0(忽略二極體 D的正向導通壓降)。當可控元件T以重複頻率fc輪番通斷時,u0的波形如圖c所示, 其平均值U0可表示為

式中τ為 T導通時間,Tc=1/fc為斬波週期。上式表明,在斬波週期Tc和輸入電壓Ud為定值的條件下,改變導通時間τ即可改變輸出電壓平均值U0。

分類

隨著生產的需要和技術的發展,直流變換電路已擁有多種形式,並可按以下方式分類:

(1)按電路器件可分為半控型電路和全控型電路。前者由普通閘流體組成,當負載為非容性時(如直流電動機),便必須附加換流電路。後者由具有自關斷能力的器件,如功率電晶體、門極可關斷閘流體等組成。

(2)按輸入、輸出電壓關係可分為:變換電路輸出端電壓平均值恆低於其入端電壓平均值的降壓型電路;相反則稱為升壓型電路;出端電壓平均值既可高於也可低於入端電壓平均值的升/降壓型電路。

(3)按功率傳輸方向可分為單向電路和雙向電路。前者的出端電壓、電流平均值只能維持一種極性時,稱為單象限電路,該電路使用於直流調速系統時將構成不可逆系統。出端電壓或電流平均值極性為可變時,電能可在電源和負載間雙向流傳輸,即既可由電源輸向負載,也可由負載反饋回電源,故稱雙向電路(即雙象限電路)。當出端電壓和電流平均值的極性均為可變時,稱為四象限電路。它也是一種雙向電路,在調速系統中將構成可逆系統。

(4)按電路結構可分為單相電路和多相電路。後者又可分為單重電路和多重電路。

(5)按入端電流紋波可分為脈動式電路和紋波式電路。脈動式電路的入端電流為脈衝波,其諧波含量較大。傳統的解決方式是採用多相電路,即由多個變換電路並聯向負載供電的方式。每個變換分時工作,藉以降低入端電流的諧波含量,但投資較大,僅適用於大容量系統。紋波式電路的入端電流為連續,故諧波含量較低,但需要入端電感濾波,故僅適用於中小容量的系統。

應用領域

直流變換電路在生產中可構成下列電源:

(1)直流脈衝調速電源。相控整流電路是直流調速系統的傳統形式。它具有電路簡單、技術成熟的優點,但存在深控下網側功率因數下降、電網電流諧波含量高、電壓調節動態響應緩慢等缺點。直流變換電路採用斬控方式,斬波頻率較高,可以克服上述缺點,更適用於機床伺服系統和公共交通車輛傳動。

(2)開關式穩壓電源。線性直流穩壓電源存在效率低、體積大的缺點。利用直流變換電路構成開關式穩壓電源能克服上述缺點,成為新一代直流穩壓電源。