《Fundamentals of Power Electronics》——三端电池的旋转、负载差分连接

以下是关于三端电池的旋转的相关知识点:

Buck电路、Boost电路和Buck-Boost电路均包含一个与单刀单掷开关相连的电感。如下图所示。

将上图中的电感和开关网络视为一个标有a,b,c三端的基础电池。该电池在电源和负载之间有三种不同的连接方式。a-A b-B c-C连接方式组成Buck电路。a-C b-A c-B连接方式将电源和负载互换位置,组成了Boost电路。a-A b-C c-B连接方式组成了Cuk电路。

电容和开关组成的双重三端网络如下图所示。

滤波电感与电源和负载串联,因此转换器输入和输出电流无脉动。该电池在电源和负载之间也有三种不同的连接方式。a-A b-B c-C连接方式组成包含L-C输入滤波的Buck电路。a-B b-A c-C连接方式将电源和负载互换位置,组成了包含L-C输出滤波的Boost电路。a-A b-C c-B连接方式组成了Cuk电路。

以下是关于负载差分连接的相关知识点:

在逆变器中,需要获得交流输出电压,即需要一个能产生各种极性输出电压的整流器。以合适的方式改变占空比,可以获得各种极性输出电压,因此可以获得一个没有直流偏置的正弦输出电压。Buck电路和Boost电路只能产生正向输出电压,而Buck-Boost电路和Cuk电路只能产生反向输出电压。

众所周知,实现双向输出的一种方法是通过两个已知的转换器差分连接负载,如下图所示。

若整流器1产生电压V1,整流器2产生电压V2,则负载电压为:

虽然电压V1和V2可能同时为正或同时为负。如整流器1的占空比为D,整流器2的占空比为D',则当电压V1增加时,电压V2降低,反之亦然。

通过差分连接可以推导出几个常用的逆变器。用Buck电路作为图6.10中的整流器,得到如图6.11a所示的逆变器。

整流器1的占空比为D,整流器2的占空比为D'。因此,当整流器1的单刀单掷开关在靠上的位置时,整流器2的开关在靠下的位置,反之亦然。整流器1产生的输出电压为

V1=DVg,而整流器1的输出电压为V2=D'Vg,因此负载差分电压为:

化简可得:

化简后的负载差分电压曲线图如下图所示。

由上图可知,当占空比D>0.5时,输出电压为正;当占空比D<0.5时,输出电压为负。若占空比以D=0.5为静止工作点正弦式变化,则输出电压为无直流偏置的正弦。

通常希望负载直接被电容旁路,因此图6.11a可简化为下图。

此时,两个电感相当于串联,因此可以如图6.11c所示等效为一个电感。

为了使电路看上去更清晰,将电路重新排布成如图6.11d所示。

如上所述电路通过被叫做H桥或桥式逆变电路。桥式逆变电路被广泛应用于伺服放大器和单相逆变器。桥式逆变电路的性质与得到它的Buck电路类似。

多相逆变器电路可以通过相同方法获得。单相负载可以差分连接到三个dc-dc整流器的输出端,如图6.13所示。

若三相负载平衡,则中点电压等三个整流器输出电压的平均值,即:

若整流器输出电压 V1、V2 和V3 包含相同的直流偏置电压,则该直流偏置电压也会出现在中点电压 Vn 中。相电压 Van ,Vbn 和 Vcn 表达式如下:

可以看出,直流偏置电压被抵消,不会出现在相电压 Van ,Vbn 和 Vcn 中。

采用三个 Buck 电路来理解图6.13,得到图6.14a。

为了便于理解,将电路重新排布成常被称为电压源型逆变器或Buck型三相电桥

的图6.14b。

基于Buck电路之外其他类型直流整流器的逆变器电路可以通过相同方法获得。图6.14c包含一个和Boost电路电压传输比一致的三相电流桥整流器,被称作电流源型逆变器。

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因为大多数应用常要求能够降低电压数值,因此常在逆变器的直流输入侧串联一个直流降压型整流器。

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