《wm脉冲整流》ppt课件

1、脉冲整流脉冲整流7.17.1脉冲整流电路的根本原理及分类脉冲整流电路的根本原理及分类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脉冲整流电路的运用脉冲整流电路的运用脉冲整流 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任任务的变流器，又称为四象限变流器务的变流器，又称为四象限变流器 与相控整流器相比具有以下优点：与相控整流器相比具有以下优点： 功率因数高，可到达功率因数高，可到达1； 谐波含量低，减少对电网污染；谐波

2、含量低，减少对电网污染； 体积小、分量轻和动态呼应速度高体积小、分量轻和动态呼应速度高 脉冲整流 脉冲变流器的根本思想脉冲变流器的根本思想 根本原理根本原理 理想情况下：理想情况下：tUtuNNsin2)(tItiNNsin2)()()(tPtPdN)2cos1 ()()()(tIUtitutPNNNNN)()()(titutPddd脉冲整流 分类：按直流侧的电压和电流情况分类分类：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 ，并且要求并且要求Ud UN 输出电流输出电流 根本构造根本构造2)2c

3、os1 ()()()()(tUUItututitidNNdNNd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：id (t) = Id ，并且要求并且要求Id IN 输出电压输出电压 根本构造根本构造2)2cos1 ()()()()(tIUItitutitudNNdNNd脉冲整流 单相电压型脉冲变流器主电路构造单相电压型脉冲变流器主电路构造IGBT脉冲整流 单相电压型脉冲变流器主电路构造单相电压型脉冲变流器主电路构造GTO脉冲整流脉冲整流 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

4、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iN1的幅值和相位也是可控的幅值和相位也是可控 的。的。11NNsNIUULj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) 思索线路思索线路电阻电阻 结论：在不同负载电流下，只需使结论：在不同负载电流下，只需使us1相量的端点相量的端点轨迹沿直线轨迹沿直线CD运动，就可以使运动，就可以使iN1与与uN同相或反同相或

5、反相。相。脉冲整流 电量关系：电量关系： 设设 uN(t)= UNmsinNt，且忽略线路电阻，且忽略线路电阻 整流工况：整流工况： uS1(t) = US1m sin(Nt-) US1m = UNm / cos IN1m = UNm tan/NLN 逆变工况：逆变工况： uS1(t) = US1msin(Nt+) US1m = UNm / cos IN1m =UNm tan/NLN脉冲整流 根天性量关系网压根天性量关系网压 uN (t) 为正半波时为正半波时脉冲整流 根天性量关系网压根天性量关系网压 uN (t) 为正半波时续为正半波时续脉冲整流 不同工况时不同工况时 uS、uN 和和 iN

6、 波形分析波形分析 整流牵引整流牵引脉冲整流 逆变再逆变再生生 理想空载理想空载脉冲整流 电压型三相脉冲整流器电压型三相脉冲整流器 主电路构造主电路构造 任务原理任务原理 与单相脉冲变流器一样与单相脉冲变流器一样脉冲整流 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根本坚持恒定根本坚持恒定 iN：要求：要求iN与与uN坚持同相或反相坚持同相或反相 控制方法控制方法 直接电流控制直接电流控制 ：引入交流电流反响：引入交流电流反响 间接电流控制间接电流控制 ：没有引入交流电流反响：没有引入交流电流反响 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

7、制 双闭环控制系统双闭环控制系统 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/断形状断形状v 特点：特点：v控制系统简单；控制系统简单；v电流呼应快；电流呼应快；v开关频率不固开关频率不固定，滤波困难。定，滤波困难。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 单闭环控制系统单闭环控制系统 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 的相位的相位和幅值和幅值US1m 经过经过PWM控制确

8、定功率开关的通控制确定功率开关的通/断形状断形状v 特点：特点：v开关频率固定，开关频率固定，滤波容易；滤波容易；v电流呼应较慢；电流呼应较慢；v控制效果与参控制效果与参数数L的计算的计算精度有关。精度有关。脉冲整流 单相电流型脉冲整流器主电路构造单相电流型脉冲整流器主电路构造GTO脉冲整流 三相电流型脉冲整流器主电路构造三相电流型脉冲整流器主电路构造IGBT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iP1的幅值和相位均可控的幅值和相位均可控 ，因此因此iN的幅值和相位也是可控的幅值和相位也是可控

9、的。的。1PNNNNIUICj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) 整流牵引整流牵引 (b) 逆变再生逆变再生脉冲整流 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) 整流牵引整流牵引 (b) 逆变再生逆变再生 在不同的负载电流下只需使在不同的负载电流下只需使 =00或或 =1800就就可以使可以使iN1与与uN1同相或反相。同相或反相。脉冲整流 电量关系：电量关系： 设设 uN(t)= UnmsinNt，且忽略，且忽略LN 整流工况：整流工况： iN1(t) = IN1m sinNt iP1(t) = IP1m sin(Nt ) IN1m =

10、UNm NCN / tan IP1m = IN1m / cos 逆变工况：逆变工况： iN1(t) = IN1m sin(Nt + ) iP1(t) = IP1m sin(Nt + + ) IN1m = UNm NCN / tan IP1m = IN1m / cos 脉冲整流 根天性量关系根天性量关系 uN 、 iN 和和iP波形波形脉冲整流脉冲整流脉冲整流 一样之处：一样之处： 两者的交流侧输出特性根本一样；两者的交流侧输出特性根本一样； 都能实现四象限运转；都能实现四象限运转； 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

11、污染都能减少谐波，减少对电网的污染 。 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) 必需有反向电流通路；必需有反向电流通路；主管只需接受正向电压；主管只需接受正向电压；(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 ，防止上、下桥臂贯穿防止上、下桥臂贯穿 短短路路;(4)运用范围广。运用范围广。 电流型电流型(1) Id方向不可变，方向不可变，Ud方方向可变；向可变；(2) 没有反向电流通路，没有反向电流通路，主管必需接受正、反向电主管必需接受正、反向电压；压；(3) 相邻桥臂换流，先通相

12、邻桥臂换流，先通后断，防止大电感忽然断后断，防止大电感忽然断开，产生过电压击穿主管开，产生过电压击穿主管 ；(4)电流呼应速度快；电流呼应速度快；(5)体积大。体积大。脉冲整流7. 5. 1 在电力机车上的运用在电力机车上的运用 E120型交流传动电力机车型交流传动电力机车晶闸管晶闸管T1 T4是主管，是主管，TF1TF4为辅管，它们为辅管，它们 与电容电感与电容电感LC一同构一同构 成主管的强迫换流电成主管的强迫换流电 路。路。脉冲整流 在电力机车上的运用在电力机车上的运用 GTO、IGBT脉冲整流7. 5. 2 在大容量通用变频器中的运用用于交直交系统，提高功率因数，减小谐波；本钱高于二极

13、管整流桥。NaLNbLNcLNaUNbUNcU图7.32 电压型交直交系统再生制动时的等值电路MaUMbUMcUMaLMbLMcL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：电阻能耗放电耗能、散热问题、占用场地以前：电阻能耗放电耗能、散热问题、占用场地如今：有源电子负载模拟功率负载，将待试设备如今：有源电子负载模拟功率负载，将待试设备 的输出能量反响到电网，节约能源的输出能量反响到电网，节约能源 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

14、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。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、水力发可再生能源风能、太阳能、潮汐发电、水力发电等不可控电等不可控 ，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脉冲整流 风力发电系统 功率正比于风速的 3 次方 (a) 采用交流调压电路 简单、能量利用率低 (b) 采用交直交系统 利用率高，功率因数高 需求大容量的逆变器 (c) 采用双馈电机 利用率高，变频器容量小 系统复杂三相感应发电机双向晶闸管 公共电网(a)(c)双馈感应发电机电机侧脉冲整流器电网侧脉冲整流器 公共电网图7.37 风力发电并网系统原理图三相同步发电机不控整流器 公共电网(b)电压型PWM整流器直流滤波直流稳压脉冲整流7. 5. 6 电力储能系统超导线圈储能蓄电池储能电容储能脉冲整流脉冲整流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、逆变和思索线基波相量方程式，分别画出整流、逆变和思索线路电阻情况下的基波相量图。路电阻情况下