桥式可逆斩波电路四象限运行分析

电力电子技术试题第 1 章电力电子器件1.电力电子器件一般工作在 __开关__状态。

2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为 __通态损耗 __，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为 __开关损耗 __。

3.电力电子器件组成的系统，一般由 __控制电路 __、_驱动电路 _、 _主电路 _三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加 _保护电路 __。

4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为 _单极型器件 _ 、 _双极型器件_ 、_复合型器件 _三类。

5.电力二极管的工作特性可概括为 _承受正向电压导通，承受反相电压截止 _。

6.电力二极管的主要类型有 _普通二极管 _、_快恢复二极管 _、 _肖特基二极管 _。

7. 肖特基二极管的开关损耗 _小于快恢复二极管的开关损耗。

8.晶闸管的基本工作特性可概括为__正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。

9.对同一晶闸管，维持电流 IH与擎住电流 IL 在数值大小上有 IL__大于__IH 。

10.晶闸管断态不重复电压 UDSM与转折电压 Ubo数值大小上应为， UDSM_大于 __Ubo。

11.逆导晶闸管是将 _二极管_与晶闸管 _反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。

12.GTO的__多元集成 __结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。

13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的 _截止区 _、前者的饱和区对应后者的 __放大区 __、前者的非饱和区对应后者的 _饱和区 __。

14.电力 MOSFET的通态电阻具有 __正 __温度系数。

15.IGBT 的开启电压 UGE（th ）随温度升高而 _略有下降 __，开关速度 __小于__电力 MOSFET。

16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为 _电压驱动型 _和_电流驱动型_两类。

桥式可逆斩波电路桥式可逆斩波电路是一种常用于直流电机驱动系统中的电路，其主要功能是将输入的直流电压转换成具有可逆性的脉宽调制（PWM）信号，从而实现对直流电机的电压和转速的精确控制。

桥式可逆斩波电路由四个功率开关管（MOSFET或IGBT）组成，分别为上半桥和下半桥。

上半桥由两个开关管组成，分别为S1和S2；下半桥也由两个开关管组成，分别为S3和S4。

这四个开关管可以通过PWM信号的控制分别打开和关闭，从而控制电流的流向和大小。

当S1和S4开启，而S2和S3关闭时，电流从电源正极经过S1流入负载，再由负载经过S4返回电源负极，这样电机就会顺时针旋转；当S2和S3开启，而S1和S4关闭时，电流从电源负极经过S3流入负载，再由负载经过S2返回电源正极，这样电机就会逆时针旋转。

桥式可逆斩波电路的关键在于PWM信号的控制。

通过调整PWM 信号的占空比，可以控制开关管的导通时间，从而控制电流的大小。

当PWM信号的占空比较大时，开关管的导通时间较长，电流较大；当PWM信号的占空比较小时，开关管的导通时间较短，电流较小。

通过改变PWM信号的频率，可以控制电机的转速。

桥式可逆斩波电路的优点是具有高效率、低损耗和精确控制等特点。

由于开关管具有快速开关特性，能够实现高频率的PWM调制，从而减小了功率开关管的开关损耗。

另外，桥式可逆斩波电路能够通过改变PWM信号的占空比和频率来实现对电机的精确控制，使其能够适应不同负载和转速的需求。

然而，桥式可逆斩波电路也存在一些缺点。

首先，由于功率开关管的开关动作会产生电磁干扰，因此需要采取一些措施来抑制干扰。

其次，由于功率开关管在开关过程中会产生损耗，因此需要进行散热和保护措施，以防止过热和损坏。

此外，桥式可逆斩波电路的设计和调试比较复杂，需要考虑到电路的稳定性、可靠性和安全性等因素。

桥式可逆斩波电路是一种常用于直流电机驱动系统中的电路，通过PWM信号的控制实现对电机电压和转速的精确控制。

第一象限（正向电动），此时V1进行PWM控制，V4 on V2 、V3off
V1、VD1构成降压斩波电路，此时V4需要保持导通，与V1、VD1构成降压斩波电路相配合。

当V1导通时，电源E向M供电，使其正向电动运行，电流路径如下：
当V1关断时，负载通过VD1续流，电流路径如下：
第二象限（正向再生制动），此时V2进行PWM控制，V3 on V1 、V4off
V2、VD2构成升压斩波电路，与V2、VD4构成升压斩波电路相配合。

当V2导通时，负载通过VD3续流，电流路径如下：
当V2关断时，电动机正向再生制动向向电网中反馈能量，电流路径如下：
第三象限（反向电动）此时V3进行PWM控制，V2on V1 V4 off
V3、VD3构成降压斩波电路，此时V2需要保持导通，与V3、VD3构成降压斩波电路相配合。

当V3导通时，电源E向M供电，使其反向电动运行，电流路径如下：
当V3关断时，负载通过VD3续流，电流路径如下：
第四象限（反向再生制动）此时V4进行PWM控制，V1on V2 V3 off
V4、VD4构成升压斩波电路，与V4、VD4构成升压斩波电路相配合。

当V4导通时，负载通过VD1续流，电流路径如下：
当V4关断时，电动机反向再生制动向向电网中反馈能量，电流路径如下：。

第二章 电力电子器件2. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：u AK >0且u GK >0。

3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。

要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

4. 图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。

π4π4π25π4a)b)c)图1-43图1-43 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m=π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c)I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41 I mI 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m5. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I ≈232.90,I d2≈0.5434 I m2≈126.56c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.56. GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，为什么GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？答：GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。

桥式可逆斩波电路的设计1 设计任务1.方案设计2.完成主电路的原理分析,各主要元器件的选择3.驱动电路的设计4.绘制系统硬件图5.利用matlab仿真软件建模并仿真，获取输出电压电流波形，并对结果进行分析2 初始条件设计一桥式可逆斩波电路（IGBT），已知电源电压为400V，反电动势负载，其中R的值为5Ω、L 的值为1 mH、E=50V。

3 设计思路首先明确什么是斩波电路，了解其定义、分类与应用后知桥式可逆斩波电路是利用不同的基本斩波电路进行组合而构成的复合斩波电路，那么，就必须从最基本的斩波电路着手，循序渐进地分析，最后设计出桥式可逆斩波电路,并利用matlab软件得到正确的波形。

4 设计过程直流-直流变流电路（DC-DC Converter）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。

直接直流变流电路也称斩波电路（DC Chopper），它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出不隔离。

直流斩波电路的种类较多，最基本的电路是降压斩波电路和升压斩波电路，利用它们进行组合可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路，桥式可逆斩波电路，而桥式可逆斩波电路又可看做是电流可逆斩波电路的升级版或由两个电流可逆斩波电路组合而成。

4.1 降压斩波电路斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中E M 所示。

降压斩波电路的原理图及工作波形如图1所示。

图1降压斩波电路的原理图及工作波形a)电路图 b)电流连续时的波形 c)电流断续时的波形工作原理 ：t =0时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压u o =E ，负载电流i o 按指数曲线上升；t =t 1时刻控制V 关断，负载电流经二极管VD 续流，负载c)i E M电压u o近似为零，负载电流呈指数曲线下降。

目录摘要 (1)1系统工作原理 (2)1.1结构与调速原理 (2)1.2调速方案选择 (2)1.3调速电路方案 (3)1.4控制方案选择 (3)2主电路的设计与分析 (3)2.1 主电路的各个部分电路 (3)2.1.1 整流电路 (4)2.1.2 斩波调速电路 (5)2.1.3 保护电路设计 (6)2.2 主电路参数及选型技术要求 (7)2.2.1变压器参数计算 (7)2.2.2整流元件选择 (7)2.2.3滤波电容选择 (8)2.2.4 IGBT 的选择 (8)2.2.5保护元件的选用 (8)2.2.6反馈电路参数选择 (9)3控制电路的设计与分析 (10)3.1 触发电路的设计与分析 (11)3.2脉宽调制（PWM ）控制的设计与分析 (11)3.2.1 欠压锁定功能 (12)3.2.2系统的故障关闭功能 (13)3.2.3软起动功能 (13)3.2.4 波形的产生及控制方式分析 (13)3.3 延时驱动电路的设计 (13)3.4 ASR 和ACR 调节器设计 (14)3.4.1 ASR （速度调节器） (14)3.4.2 ACR （电流调节器） (15)3.5控制电路参数选择 (16)3.5.1振荡器T R 、T C 选择 (16)3.5.2电阻10R 、11R 、0R 的选择 (16)3.5.3放大器的参数选择 (17)3.5.4 电阻12R 及13R 选择 (17)3.5.5继电接触器电路的选择与计算 (17)4总电路图 (17)总结体会 (19)参考文献 (21)摘要长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。

特别随着计算机在控制领域和高开关频率、全控型第二代电力半导体器件的发展，以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。

直流电动机转速的控制方法可分励磁控制法与电枢电压控制法两类。

励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制；而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。

第一象限（正向电动），此时V1进行PWM控制，V4 on V2 、V3off
V1、VD1构成降压斩波电路，此时V4需要保持导通，与V1、VD1构成降压斩波电路相配合。

当V1导通时，电源E向M供电，使其正向电动运行，电流路径如下：
当V1关断时，负载通过VD1续流，电流路径如下：
第二象限（正向再生制动），此时V2进行PWM控制，V3 on V1 、V4off
V2、VD2构成升压斩波电路，与V2、VD4构成升压斩波电路相配合。

当V2导通时，负载通过VD3续流，电流路径如下：
当V2关断时，电动机正向再生制动向向电网中反馈能量，电流路径如下：
第三象限（反向电动）此时V3进行PWM控制，V2on V1 V4 off
V3、VD3构成降压斩波电路，此时V2需要保持导通，与V3、VD3构成降压斩波电路相配合。

当V3导通时，电源E向M供电，使其反向电动运行，电流路径如下：
当V3关断时，负载通过VD3续流，电流路径如下：
第四象限（反向再生制动）此时V4进行PWM控制，V1on V2 V3 off
V4、VD4构成升压斩波电路，与V4、VD4构成升压斩波电路相配合。

当V4导通时，负载通过VD1续流，电流路径如下：
当V4关断时，电动机反向再生制动向向电网中反馈能量，电流路径如下：。

《电力电子技术》课程三级项目项目名称：H桥直流可逆斩波器设计与实验指导教师：班级、组次：课题组成员：2019年12月项目分工及组内评分表填表要求：如实填写项目的组内分工（每人完成的百分比或者每人负责的内容），并按ABCD四档评分，A档不能超过两个，每一档都必须H桥可逆斩波器设计（燕山大学电气工程学院）摘要：设计H桥可逆斩波电路的控制电路及驱动电路，通过驱动电路控制主电路晶闸管的开通与关断，通过控制电路输出不同的方波，来控制电压占空比和电流的方向及电机的转速与转向，此外，对主电路的直流电压的参数，晶闸管的型号进行选取来完成直流电机的驱动。

1 前言基于H桥可逆斩波电路，设计相应的控制电路及驱动电路来控制H桥可逆斩波电路的晶闸管的开通与关断，进而控制电机的正转与反转，实现直流电机的四象限运行。

在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。

无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备中，还是在日常生活的家用电器中，都大量地使用着各种各样的电动机。

随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。

但直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场。

直流电机是广泛应用于电动汽车、数控机床和家电等领域的重要器件。

采用MOS管和专用栅极驱动芯片搭建H桥式驱动电路, 主控电路基于ARM 微处理器, 利用PWM方波通过控制电枢电压的大小占空比从而调节电机速度, 以及利用霍尔电流传感器检测电机电流大小监测电机运行情况, 从而达到稳定、精细、准确地控制无刷直流电机的正常运行。

H桥式电路可以实现无刷直流电机正反运转, 并且工作稳定、功耗小、效率高, 实现了无刷直流电机稳定可靠软启动和平稳精细调速控制。

直流电动机制动性能与起动性能都较为理想, 而且能够实现大范围的平滑调速, 因而在电力拖动领域中的应用十分常见。

以控制角度分析, 直流电机调速也成为交流拖动系统的重要基础。