什么是双象限直流变换电路?

什么是双象限直流变换电路?

[拼音]：shuangxiangxian zhiliu bianhuan dianlu

[外文]：double-quadrant D.C.converting circuit

输出电平(电压或电流)平均值的极性为可逆的直流变换电路。其特点是电路具有双向传输功率的能力，即负载既可向直流电源吸取电能，也可向直流电源反馈电能，又称双向电路。在实用中可构成具有再生能力的直流调速系统。属于这一类电路的有输出电流平均值i0极性为可逆的电路和输出电压平均值u0的极性为可逆的电路。

输出电流i0极性可逆的变换电路

i0的幅值和极性可随控制信号而变，但输出电压u0的极性则恒为正值的电路。该电路可运行于伏安特性的第一和第二象限（电压用纵轴），当负载为直流电动机时可构成具有再生制动能力的不可逆调速系统，如地铁牵引系统。当电路工作于第一象限时，电机运行于正转电动状态。当减速或停车时，电路将转到第二象限，电机则处于正转再生制动状态。负载中电能经变换电路反馈到直流电源。用于实现上述功能的常见电路有级联电路和丘克电路等。

级联电路

由降压型和升压型电路级联而成的双象限变换电路。其输出电流平均值i0极性为可逆。电路结构如图1所示。

图中uE是负载等效电流电压源(在电机负载下它与电枢反电动势相平衡)。当电路工作于第一象限时，T1和D1轮番通断(T2和D2常断)，电路宛如一只降压型电路（见单象限直流变换电路），u 0>0，i0>0；当电路工作于第二象限时，则有T2和D2轮番通断（T1和D1常断），电路宛如一只升压型电路，将负载中的能量反馈到直流端，u0>0，i0<0（按图1所标正方向）。

丘克电路

由单象限丘克电路反并联而成的双象限变换电路。其输出电流平均值i0极性也为可逆。电路结构如图2a所示。

图中uE的性质与图1相仿。当电路工作于第一象限时，T1导通期τ1长于T2导通期τ2(τ1+τ2=Tc，Tc为斩波周期)，故u0>0，i0>0（按图标u0和i0的正方向），负载从直流电源吸取电能；当电路工作于第二象限时，则有T2的导通期τ2长于τ1，于是i0＜0，u 0＞0，负载中的电能（由电压源uE提供）经变换电路反馈到直流电源。电路工作状态的变换均由可控元件T1和T2控制极信号分布状态决定。图2b为由双极型功率晶体管组成的电路。其中T1为N-P-N型，T2为P-N-P型，故可共用一个基极控制信号ug，脉宽τ1和τ2由外加控制信号决定。

输出电压u0极性为可逆的变换电路

输出电压平均值u0的幅值和极性可随控制信号而变，但电流平均值i0极性恒为正的变换电路。该电路可运行于伏安特性的第一和第四象限（电压用纵轴）。当负载为直流电动机时可构成具有再生制动能力的可逆调速系统，如吊车卷扬机构的拖动系统。当吊钩提升重物时，电机工作于正转电动状态，电路运行于第一象限，电机从直流电源吸取能量并将其转化为重物位能。当吊钩降下重物时，电机在重物的驱动下反转并工作于发电状态，其电磁转矩作为克服重物下坠转矩的制动转矩，电路运行于第二象限，重物位能被转化为直流电能并反馈到直流电源。

电路结构如图3所示。

当电路工作于第一象限时，T1常通而T3时通时断。当T3关断时，D4导通，i0＞0，u0＞0，其幅值由T3占空比D决定。当电路工作于第四象限时，电机反转，uE＜0，控制电路使T1常断而T3时通时断。当T3关断时，D2、D4导通，i0＞0，u0＜0。当T3导通时，有D4导通，i0＞0，u0=0。当T3轮番通断时，有i0＞0，u 0＜0，其幅值由T3占空比D决定。

参考书目

B.M.Bird ＆ K.G.King，An Introduction to Power Electronics，John Wiley ＆ Sons，New York，1983.