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[讨论] 一个能量传输方向的问题

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发表于 2020-5-13 10:23 | 显示全部楼层 |阅读模式

  多年前,看到过一篇交流稳压器的文章。图(01)为该交流稳压器简化原理电路框图。

01 1.GIF             图(01)
  图(02)为该交流稳压器主电路。

02 2.GIF             图(02)
  图(03)描述了该交流稳压器的工作波形。该篇文章还有两幅图,一幅描述了占空比与谐波含量之间的关系,另一幅是较完整的电原理图,包括了各功率管驱动脉冲的产生以及驱动电路。因与本文无关,不再贴出。

03 3.GIF             图(03)
  该文章被多次引用,甚至有些论文直接就是简单地copy电路。图(04)就是一个例子。

04 EPWM原理图.PNG             图(04)
  图(01)的简化原理电路框图包括了三角波发生器和状态切换触发电路,这些电路与工作原理无关。图(02)的主电路又过于简略,没有把交流市电电路画出来。所以,我把该交流稳压器主电路重新画了一遍,加上较详细标注,如图(05)。

05 EPWM续流不可能.GIF            图(05)
  图(05)中,IN侧是未稳的交流市电输入侧,L端为火线,N为零线;OUT侧是稳定后接负载的输出侧,L`端为稳定后的火线,N端公用零线。A、B两端接交流市电,可以接到IN侧,也可以接到OUT侧,在图(01)中,是接到OUT侧的。Tr为一工频变压器(通常M侧匝数为N侧匝数数倍,M侧能够承受交流市电电压)。L1、L2和C是高频(PWM频率)低通滤波器。
  图(06)中A、B两端的交流市电,经T5~T8桥式整流后P、Q两端为“馒头波”,如图(05)中波形所示。在图(01)和图(02)中,原文曾说明Cd很小,并非工频滤波用,所以图(05)中予以忽略。
  原文作者的意图,假定IN侧交流市电电压低于额定值,例如只有200V有效值,在交流市电(IN侧)的正半周(L为正而N为负)时,对T1和T4门极施加矩形波驱动(T2和T4在交流市电半个周期内保持关断)。由于P、Q两端为“馒头波”,T1和T4门极的驱动脉冲在交流市电半个周期内是等宽的,参见图(03)。那么在这半个周期内经T1和T4输出的波形应该是一连串等宽脉冲,而P、Q之间“馒头波”为这一连串脉冲的包络线,见图(03)左下角波形。再经L1、L2和C滤波施加在Tr的M侧两端的电压也是个“馒头波”,有“点”的一端相对于无“点”的一端为正,仅仅是和P、Q两端电压相比较降低了幅度(恰降低到P、Q间电压乘以占空比那么大)。此电压经Tr耦合到交流市电电路,使得OUT侧L`与N之间电压比L与N之间电压更高(变压器绕组N有“点”的一端相对于无“点”的一端为正),输出电压增加了。适当调整开关管驱动占空比,让变压器Tr的N侧电压为20V有效值,即可使OUT侧电压升高到额定值220V。
  上面是对交流市电正半周期的粗略分析,在交流市电的负半周期,分析结果大致相同,只不过负半周期是T2和T3导通。
  但是,如果IN侧电压高于额定值呢?例如L和N之间电压达到了240V有效值?
  当IN侧电压低于OUT侧电压,能量必须由变压器Tr的M侧传输到N侧。当IN侧电压高于OUT侧电压,能量必须由变压器Tr的N侧传输到M侧,才能够使OUT侧电压低于IN侧电压。
  适当地驱动T1~T4,可以使变压器Tr的M侧能量传输到P、Q线上。例如,在M无“点”的一端相对于有“点”的一端为正时,使T2和T3导通,就可以使P、Q之间电压升高,能量从Tr的M侧流入P、Q。
  但是,T5~T8四个二极管构成的全桥整流电路,却不允许能量从P、Q流向A、B——整流桥中电流绝对不能倒流。
  由于整流桥T5~T8的存在,使得能量无法从变压器TrN侧流回交流市电。其结果是:该交流稳压器只能升压,不能降压。
  所以,该交流稳压器只能在IN侧电压低于额定值时正常工作,将低于额定值的交流电压升高,使OUT侧电压达到额定值。但不能在IN侧电压高于额定值时正常工作——能量不能流向交流市电,使OUT侧电压为额定值。但这不是交流稳压器的正常工作范围,交流稳压器必须在交流市电电压低于额定值和高于额定值时均可使输出电压接近额定值。
  

此帖出自电源技术论坛


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一粒金砂(中级)

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发表于 2020-5-13 11:26 | 显示全部楼层

好文!对电源的原理说的清清楚楚



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 楼主| 发表于 2020-5-13 11:31 | 显示全部楼层

@PowerAnts  

@不亦心

@伟林电源

@qwqwqw2088

各位看看此帖有什么错误?



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 楼主| 发表于 2020-5-13 11:52 | 显示全部楼层

@不亦心 

@伟林电源

@qwqwqw2088



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五彩晶圆(中级)

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发表于 2020-5-13 12:40 | 显示全部楼层

交流电力变换最主要是解决4象限工作,其它的都好办

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先说说,这篇帖子有没有说错?此电路是否只能用于升压,不能用于降压?  详情 回复 发表于 2020-5-13 12:48

高中低压隔离&非隔离 大中小功率DC(AC)-DC模块

2.5~1000V, 0.5-5000W 主力产品效率最高达98%

铝壳密封,勿需另加散热器,即接即用!



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 楼主| 发表于 2020-5-13 12:48 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2020-5-13 12:40 交流电力变换最主要是解决4象限工作,其它的都好办

先说说,这篇帖子有没有说错?此电路是否只能用于升压,不能用于降压?

点评

交流稳压既有升压的情况,也有降压的情况,还要处理无功电流。所以必须4象限工作。 你标题都取好了: 能量传递的方向!整流滤波+SPWM决定了补偿器的能量方向是单向的。还降啥压? VD1-4换成4象限的PWM整流  详情 回复 发表于 2020-5-13 13:44


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2020-5-13 13:44 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2020-5-13 12:48 先说说,这篇帖子有没有说错?此电路是否只能用于升压,不能用于降压?

交流稳压既有升压的情况,也有降压的情况,还要处理无功电流。所以必须4象限工作。

你标题都取好了: 能量传递的方向!整流滤波+SPWM决定了补偿器的能量方向是单向的。还降啥压?

VD1-4换成4象限的PWM整流就说得过去了

点评

确实,图(01)中VD1~VD4改用IGBT或者功率MOS构成可控整流并加上适当的驱动,这个电路就可以工作。  详情 回复 发表于 2020-5-13 14:59

高中低压隔离&非隔离 大中小功率DC(AC)-DC模块

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一粒金砂(高级)

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发表于 2020-5-13 14:58 | 显示全部楼层

一唱一和的典范,世界由此而精彩!

蚂蚁一个见谁怼谁的奇人,竟然你俩观点出奇地一辈子一直一致,跪拜的起不来了,  

沆瀣一气

爱好拍砖打假


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 楼主| 发表于 2020-5-13 14:59 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2020-5-13 13:44 交流稳压既有升压的情况,也有降压的情况,还要处理无功电流。所以必须4象限工作。 你标题都取好了:&n ...

确实,图(01)中VD1~VD4改用IGBT或者功率MOS构成可控整流并加上适当的驱动,这个电路就可以工作。



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 楼主| 发表于 2020-5-13 15:00 | 显示全部楼层

我@了好几个人,却不知道为什么没有@到。



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发表于 2020-5-13 15:29 | 显示全部楼层

从前几个图(01)图(02),还真看不出多少道道

理解这个电路,参考图(03)比较容易理解。图(03)是怎么得来了,仿真?测试?

 

从图05看,整流桥存在决定了只升不降,图(05)的修改图感觉就很明了。

点评

"图(03)是怎么得来了,仿真?测试?" 原文附图。 原文附图共5幅,本帖仅贴出前3幅。  详情 回复 发表于 2020-5-13 15:50


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 楼主| 发表于 2020-5-13 15:50 | 显示全部楼层
qwqwqw2088 发表于 2020-5-13 15:29 从前几个图(01)图(02),还真看不出多少道道 理解这个电路,参考图(03)比较容易理解。图(03)是怎么得来了 ...

"图(03)是怎么得来了,仿真?测试?"

原文附图。

原文附图共5幅,本帖仅贴出前3幅。



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一粒金砂(中级)

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发表于 2020-5-14 08:48 来自手机 | 显示全部楼层
控制策略是不是在回路中串个同频同/反相的交流电压源...正半轴T2,T3工作是否就达到降压目的了。

ps:站方是否要支付给老师稿费,这么快就被引用到微信公众号了
98C164D8-8F29-4211-81CD-0FB3700BFA59.jpeg

点评

"控制策略是不是在回路中串个同频同/反相的交流电压源...正半轴T2,T3工作是否就达到降压目的了。" 要降压,确实应该是在交流市电正半周T2、T3导通。但这种情况下,能量无法返回到交流市电,原因是整流桥不允  详情 回复 发表于 2020-5-14 11:41


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发表于 2020-5-14 10:29 | 显示全部楼层
不亦心 发表于 2020-5-14 08:48 控制策略是不是在回路中串个同频同/反相的交流电压源...正半轴T2,T3工作是否就达到降压目的了。 ps:站 ...

感谢提出建议。
将论坛里产生的部分文章整理到公众号推广主要有两个目的:

一是帮作者扩大影响力,二是引导更多网友参与讨论,教学相长。

论坛中除了经常联合大家熟悉的厂商做一些直播、科普类研讨会活动外,也会不定期做一些激励原创作者的活动,如之前的原创发帖/回帖奖励E金币活动和如今的发帖/回帖得芯积分兑换实物、购物卡等规则的设置。虽然在注册论坛的时候,我们在服务条款中已经告知注册者论坛享有站内作品的使用权,但您能提出这个问题说明我们对原创内容的作者奖励力度和宣传推广工作还有很大的提升空间,在今后的运营中,我们将偏重这方面,希望能挖掘出更多好内容的原创作者。



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超级版主

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 楼主| 发表于 2020-5-14 11:41 | 显示全部楼层
不亦心 发表于 2020-5-14 08:48 控制策略是不是在回路中串个同频同/反相的交流电压源...正半轴T2,T3工作是否就达到降压目的了。 ps:站 ...

"控制策略是不是在回路中串个同频同/反相的交流电压源...正半轴T2,T3工作是否就达到降压目的了。"

要降压,确实应该是在交流市电正半周T2、T3导通。但这种情况下,能量无法返回到交流市电,原因是整流桥不允许。

PowerAnts说 “VD1-4换成4象限的PWM整流就说得过去了”。整流桥改成四个IGBT,再加上适当的驱动,确实可以让能量返回交流市电。但这样做,成本上是否说得过去,还是个问题。

点评

1MW的油浸式10KV/0.4KV的三相电力变压器含税10万左右,满载效率不低于98.5%,半载效率接近99.5%,正常运行寿命平均20年,现在的高频设备先不说效率了,要做到这个功率,10万元可以运行,不过要运行20年的话,可能得  详情 回复 发表于 2020-5-14 13:10


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2020-5-14 13:10 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2020-5-14 11:41 "控制策略是不是在回路中串个同频同/反相的交流电压源...正半轴T2,T3工作是否就达到降压目的了。" ...

1MW的油浸式10KV/0.4KV的三相电力变压器含税10万左右,满载效率不低于98.5%,半载效率接近99.5%,正常运行寿命平均20年,现在的高频设备先不说效率了,要做到这个功率,10万元可以运行,不过要运行20年的话,可能得几倍的价钱。那怕在几十W到10KW范围内也没有成本和效率优势

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是的。从成本和效率角度考查,没有优势。  详情 回复 发表于 2020-5-14 13:27

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五彩晶圆(中级)

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发表于 2020-5-14 13:15 | 显示全部楼层

20200514131239.png

 

EE家的系统做的不错,自从拉黑了一条乱吠的狗,只要系统提示有贴子被系统隐藏,我就知道狗狗又进来吠过,但是有什么用呢? 反正我又看不到,用力吠,主人给你丢骨头

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 楼主| 发表于 2020-5-14 13:27 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2020-5-14 13:10 1MW的油浸式10KV/0.4KV的三相电力变压器含税10万左右,满载效率不低于98.5%,半载效率接近99.5%,正常运 ...

是的。从成本和效率角度考查,没有优势。



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一粒金砂(中级)

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发表于 2020-5-15 12:19 来自手机 | 显示全部楼层
eric_wang 发表于 2020-5-14 10:29
感谢提出建议。
将论坛里产生的部分文章整理到公众号推广主要有两个目的:

一是帮作者扩大影响力,二 ...

问题在于公众号并没有标明文章作者,打的原创旗号,作者是论坛。

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没标明文章作者是为了当第三方平台未经允许发布此内容的时候以论坛名义方便维权。 如下图maychang老师之前发布的内容第一时间就被其他平台复制过去了,这种如果以个人名义想让平台撤掉侵权内容或删除是很难做到的  详情 回复 发表于 2020-5-15 13:36


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发表于 2020-5-15 13:36 | 显示全部楼层
不亦心 发表于 2020-5-15 12:19 问题在于公众号并没有标明文章作者,打的原创旗号,作者是论坛。

没标明文章作者是为了当第三方平台未经允许发布此内容的时候以论坛名义方便维权。

如下图maychang老师之前发布的内容第一时间就被其他平台复制过去了,这种如果以个人名义想让平台撤掉侵权内容或删除是很难做到的。

另外,我们在微信原创文章中都加入了原文链接,可以点击阅读原文直接联系原作者参与交流、讨论。

123.png 22.png
 



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