《wm脉冲整流》PPT课件.ppt

脉冲整流第七章第七章 PWM整流电路整流电路8/20/20241北京交通大学电气工程系脉冲整流本本 章章 内内 容容7.17.1　脉冲整流电路的基本原理及分类　脉冲整流电路的基本原理及分类7.27.2　电压型脉冲整流电路　电压型脉冲整流电路7.37.3　电流型脉冲整流电路　电流型脉冲整流电路7.47.4　电流型与电压型脉冲整流电路的性能比较　电流型与电压型脉冲整流电路的性能比较7.57.5　脉冲整流电路的应用　脉冲整流电路的应用8/20/20242北京交通大学电气工程系脉冲整流7 . 1 脉冲整流电路的原理及分类脉冲整流电路的原理及分类•概述概述–脉冲整流器是一种以脉宽控制方式（脉冲整流器是一种以脉宽控制方式（PWM））工作的变流器，又称为四象限变流器工作的变流器，又称为四象限变流器–与相控整流器相比具有下列优点：与相控整流器相比具有下列优点：•功率因数高，可达到功率因数高，可达到±1；；•谐波含量低，减少对电网污染；谐波含量低，减少对电网污染；•体积小、重量轻和动态响应速度高体积小、重量轻和动态响应速度高 8/20/20243北京交通大学电气工程系脉冲整流•脉冲变流器的基本思想脉冲变流器的基本思想•基本原理基本原理理想情况下：理想情况下：8/20/20244北京交通大学电气工程系脉冲整流•分类：分类：按直流侧的电压和电流情况分类按直流侧的电压和电流情况分类 –电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器• 特征：直流侧电压恒定特征：直流侧电压恒定 ，即：，即：ud (t) = Ud ，并，并且要求且要求Ud   UN• 输出电流输出电流• 基本结构基本结构8/20/20245北京交通大学电气工程系脉冲整流–电流型脉冲整流器电流型脉冲整流器• 特征：直流侧电流恒定特征：直流侧电流恒定 ，即：，即：i id (t) = Id ，并，并且要求且要求Id   IN• 输出电压输出电压• 基本结构基本结构8/20/20246北京交通大学电气工程系脉冲整流7 . 2 电压型脉冲整流电路电压型脉冲整流电路•单相电压型脉冲变流器主电路结构（单相电压型脉冲变流器主电路结构（IGBT））8/20/20247北京交通大学电气工程系脉冲整流7 . 2 电压型脉冲整流电路电压型脉冲整流电路（续）（续）•单相电压型脉冲变流器主电路结构（单相电压型脉冲变流器主电路结构（GTO））8/20/20248北京交通大学电气工程系脉冲整流8/20/20249北京交通大学电气工程系脉冲整流•主要方程式及相量图主要方程式及相量图–简化主电路简化主电路–对于基波分量，在忽略线路电阻的条件下对于基波分量，在忽略线路电阻的条件下 –在在PWM控制方式下，控制方式下，us1的幅值和相位均可控的幅值和相位均可控 ，因此，因此i iN1的幅值和相位也是可控的幅值和相位也是可控 的。

的8/20/202410北京交通大学电气工程系脉冲整流•功率因数不等于功率因数不等于1时的基波相量图时的基波相量图 (a) 整流整流 (b) 逆变逆变8/20/202411北京交通大学电气工程系脉冲整流•功率因数等于功率因数等于1时的基波相量图时的基波相量图 (a) 整流整流 (b) 逆变逆变 (c) 考虑线路电考虑线路电阻阻结论：在不同负载电流下，只要使结论：在不同负载电流下，只要使us1相量的端点轨相量的端点轨迹沿直线迹沿直线CD运动，就可以使运动，就可以使i iN1与与uN同相或反相同相或反相8/20/202412北京交通大学电气工程系脉冲整流•电量关系：电量关系： 设设 u uN N(t(t)= )= U UNmNmsinωsinωN Nt t，且，且忽略忽略线路电阻线路电阻–整流工况：整流工况： uS1(t) = US1m sin(ωNt-φ) US1m = UNm / cos φ IN1m N1m = UNm tanφ/ωNLN–逆变工况：逆变工况： uS1(t) = US1msin(ωNt+φ) US1m = UNm / cos φ IN1m N1m =UNm tanφ/ωNLN 8/20/202413北京交通大学电气工程系脉冲整流•基本能量关系基本能量关系（网压（网压 uN (t) 为正半波时）为正半波时）8/20/202414北京交通大学电气工程系脉冲整流•基本能量关系基本能量关系（网压（网压 uN (t) 为正半波时）（续）为正半波时）（续）8/20/202415北京交通大学电气工程系脉冲整流•不同工况时不同工况时 uS、、uN 和和 i iN 波形分析波形分析–整流整流（（牵引牵引））8/20/202416北京交通大学电气工程系脉冲整流Ø逆变逆变（（再生再生））Ø理想空载理想空载8/20/202417北京交通大学电气工程系脉冲整流•电压型三相脉冲整流器电压型三相脉冲整流器–主电路结构主电路结构–工作原理工作原理 与单相脉冲变流器相同与单相脉冲变流器相同8/20/202418北京交通大学电气工程系脉冲整流•电压型脉冲整流电路的控制电压型脉冲整流电路的控制–被控量被控量•Ud：：要求要求Ud基本保持恒定基本保持恒定•i iN：：要求要求i iN与与uN保持同相或反相保持同相或反相–控制方法控制方法•直接电流控制直接电流控制 ：引入交流电流反馈：引入交流电流反馈 •间接电流控制间接电流控制 ：没有引入交流电流反馈：没有引入交流电流反馈 8/20/202419北京交通大学电气工程系脉冲整流–直接电流控制直接电流控制——电流跟踪控制电流跟踪控制•双闭环双闭环控制系统控制系统•根据外环的比较结果确定参考电流幅值和极性根据外环的比较结果确定参考电流幅值和极性•根据内环的比较结果确定功率开关的通根据内环的比较结果确定功率开关的通/断状态断状态v 特点：特点：控制系统简单；控制系统简单；电流响应快；电流响应快；开关频率不固定，开关频率不固定，滤波困难。

滤波困难8/20/202420北京交通大学电气工程系脉冲整流–间接电流控制间接电流控制——相位和幅值控制相位和幅值控制•单闭环单闭环控制系统控制系统•电压环的比较结果确定参考电流幅值和极性电压环的比较结果确定参考电流幅值和极性•根据相量关系计算出各相根据相量关系计算出各相us 的相位的相位φ和幅值和幅值US1m•通过通过PWM控制确定功率开关的通控制确定功率开关的通/断状态断状态v 特点：特点：开关频率固定，开关频率固定，滤波容易；滤波容易；电流响应较慢；电流响应较慢；控制效果与参数控制效果与参数（（L））的计算精的计算精度有关8/20/202421北京交通大学电气工程系脉冲整流7 . 3 电流型脉冲整流电路电流型脉冲整流电路•单相电流型脉冲整流器主电路结构（单相电流型脉冲整流器主电路结构（GTO））8/20/202422北京交通大学电气工程系脉冲整流•三相电流型脉冲整流器主电路结构（三相电流型脉冲整流器主电路结构（IGBT））8/20/202423北京交通大学电气工程系脉冲整流•主要方程式及相量图主要方程式及相量图–简化主电路（忽略简化主电路（忽略LN））–对于基波分量对于基波分量–在在PWM控制方式下控制方式下i iP1的幅值和相位均可控的幅值和相位均可控 ，，因此因此i iN的幅值和相位也是可控的幅值和相位也是可控 的。

的8/20/202424北京交通大学电气工程系脉冲整流•功率因数不等于功率因数不等于1时的相量图时的相量图 (a) 整流整流（（牵引）牵引） (b) 逆变逆变（（再生）再生）8/20/202425北京交通大学电气工程系脉冲整流•功率因数等于功率因数等于1时的基波相量图时的基波相量图 (a) 整流整流（牵引）（牵引） (b) 逆变逆变（（再生）再生）–在不同的负载电流下只要使在不同的负载电流下只要使 θ=00或或 θ=1800就可就可以使以使i iN1与与uN1同同相或反相相或反相8/20/202426北京交通大学电气工程系脉冲整流•电量关系：电量关系： 设设 u uN N(t(t)= )= U UnmnmsinωsinωN Nt t，且，且忽略忽略LN–整流工况：整流工况： i iN1(t) = IN1m sinωNt i iP1(t) = IP1m sin(ωNt – φ ) IN1m = UNm ωNCN / tan φ IP1m P1m = I IN1m N1m / cos φ–逆变工况：逆变工况： i iN1(t) = IN1m sin(ωNt + π ) i iP1(t) = IP1m sin(ωNt + π + φ ) IN1m = UNm ωNCN / tan φ IP1m P1m = I IN1m N1m / cos φ 8/20/202427北京交通大学电气工程系脉冲整流•基本能量关系基本能量关系•uN 、、 i iN 和和i iP波形波形8/20/202428北京交通大学电气工程系脉冲整流三相电流型脉冲整流器（三相电流型脉冲整流器（GTO））8/20/202429北京交通大学电气工程系脉冲整流三相电流型脉冲整流器（三相电流型脉冲整流器（IGBT））8/20/202430北京交通大学电气工程系脉冲整流7 . 4 电流型与电压型电流型与电压型脉冲整流电路的性能比较脉冲整流电路的性能比较 •相同之处：相同之处：–两者的交流侧输出特性基本相同；两者的交流侧输出特性基本相同；–都能实现四象限运行；都能实现四象限运行；–与晶闸管相控整流电路相比都能提高功率因数；与晶闸管相控整流电路相比都能提高功率因数；–都能减少谐波，减少对电网的污染都能减少谐波，减少对电网的污染 。

8/20/202431北京交通大学电气工程系脉冲整流•不同之处：不同之处： 电压型电压型(1) Id方向可变，方向可变，Ud方向方向不可变；不可变；(2) 必须有反向电流通路；必须有反向电流通路；主管只需承受正向电压；主管只需承受正向电压；(3) 上、下桥臂换流，先上、下桥臂换流，先断后通，设置死区时间断后通，设置死区时间 ，，避免上、下桥臂贯穿避免上、下桥臂贯穿 短路短路;(4)应用范围广应用范围广 电流型电流型(1) Id方向不可变，方向不可变，Ud方向方向可变；可变；(2) 没有反向电流通路，主没有反向电流通路，主管必须承受正、反向电压；管必须承受正、反向电压；(3) 相邻桥臂换流，先通后相邻桥臂换流，先通后断，避免大电感突然断开，断，避免大电感突然断开，产生过电压击穿主管产生过电压击穿主管 ；；(4)电流响应速度快；电流响应速度快；(5)体积大8/20/202432北京交通大学电气工程系脉冲整流7 . 5　　脉冲整流电路的应用脉冲整流电路的应用 7. 5. 1 在电力机车上的应用在电力机车上的应用 –E120型交流型交流传动传动电力电力机车机车–晶晶闸闸管管T1 ~ T4是是主主管管，，TF1~TF4为辅管，它们为辅管，它们 与电容电感与电容电感LC一起构一起构 成主管的强迫换流电成主管的强迫换流电 路。

路8/20/202433北京交通大学电气工程系脉冲整流•在电力机车上的应用在电力机车上的应用 （（GTO、、IGBT））8/20/202434北京交通大学电气工程系脉冲整流7. 5. 2 在大容量通用变频器中的应用在大容量通用变频器中的应用•用于交－直－交系统，提高功率因数，减小谐波；用于交－直－交系统，提高功率因数，减小谐波；•成本高于二极管整流桥成本高于二极管整流桥8/20/202435北京交通大学电气工程系脉冲整流7. 5. 3 有源电子负载有源电子负载 –直流电源的出厂实验、老化实验、输出特性实验等；直流电源的出厂实验、老化实验、输出特性实验等；–以前：以前：电阻能耗放电（耗能、散热问题、占用场地）电阻能耗放电（耗能、散热问题、占用场地）现在：现在：有源电子负载（模拟功率负载，将待试设备有源电子负载（模拟功率负载，将待试设备 的输出能量反馈到电网，节约能源）的输出能量反馈到电网，节约能源） 8/20/202436北京交通大学电气工程系脉冲整流7. 5. 4 有源电力滤波器有源电力滤波器•用于电力系统的无功补偿、谐波补偿等用于电力系统的无功补偿、谐波补偿等。

•用于铁路牵引供电系统中的三相用于铁路牵引供电系统中的三相 / 单相变换单相变换8/20/202437北京交通大学电气工程系脉冲整流7. 5. 5 可再生能源与电网间的互联可再生能源与电网间的互联–可再生能源（风能、太阳能、潮汐发电、水可再生能源（风能、太阳能、潮汐发电、水力发电等）不可控力发电等）不可控 ，不能直接并入电网，不能直接并入电网 –太阳能发电并网系统太阳能发电并网系统8/20/202438北京交通大学电气工程系脉冲整流•风力发电系统风力发电系统－功率正比于风速的－功率正比于风速的 3 次方次方(a) 采用交流调压电路采用交流调压电路－简单、能量利用率低－简单、能量利用率低(b) 采用交－直－交系统采用交－直－交系统－利用率高，功率因数高－利用率高，功率因数高－需要大容量的逆变器－需要大容量的逆变器(c) 采用双馈电机采用双馈电机－利用率高，变频器容量小－利用率高，变频器容量小－系统复杂－系统复杂8/20/202439北京交通大学电气工程系脉冲整流7. 5. 6 电力储能系统电力储能系统超导线圈储能超导线圈储能蓄电池储能蓄电池储能电容储能电容储能8/20/202440北京交通大学电气工程系脉冲整流储能系统的作用：储能系统的作用：储能系统的作用：储能系统的作用：调节电力系统日负荷曲线调节电力系统日负荷曲线调节电力系统日负荷曲线调节电力系统日负荷曲线改善电网的稳定性和可靠性改善电网的稳定性和可靠性改善电网的稳定性和可靠性改善电网的稳定性和可靠性提高用户的电能质量提高用户的电能质量提高用户的电能质量提高用户的电能质量 8/20/202441北京交通大学电气工程系脉冲整流习习 题题7-1 脉冲整流器有哪些优点？脉冲整流器有哪些优点？7-2 画出单相电压型脉冲整流器的电路图，写出其画出单相电压型脉冲整流器的电路图，写出其基波相量方程式，分别画出整流、逆变和考虑线基波相量方程式，分别画出整流、逆变和考虑线路电阻情况下的基波相量图。

路电阻情况下的基波相量图7-3 仿照课堂内容，画出网压仿照课堂内容，画出网压 uN (t) 为为负负半波时半波时，，六种基本的能量传递关系六种基本的能量传递关系8/20/202442北京交通大学电气工程系脉冲整流7-4 画出单相电流型脉冲整流器的电路图，写出其画出单相电流型脉冲整流器的电路图，写出其主要基波相量方程式，分别画出整流和逆变情况主要基波相量方程式，分别画出整流和逆变情况下的基波相量图下的基波相量图7-5 比较电压型脉冲整流器和电流型脉冲整流器的比较电压型脉冲整流器和电流型脉冲整流器的异同点8/20/202443北京交通大学电气工程系。