脉冲整流器主电路及其控制(由于公式编辑器版本问题不能保存为格式)

1、电力牵引交流传动及其控制系统第五章 脉冲整流器主电路及其控制5.1脉冲整流器概述5.4中间直流回路的功能与参数主讲人石凌风石凌风杨桂芳杨桂芳5.1.1 引言5.1.2 脉冲整流电路的等效电路模型5.1.3 脉冲整流电路的工作原理牵引工况5.1.3脉冲整流电路的工作原理再生制动工况5.4 中间直流回路的功能与参数 5.4.1 串联谐振电路 5.4.2 支撑电容器电力牵引交流传动及其控制系统引言1脉冲整流电路的等效电路模型2脉冲整流电路的工作原理3中间直流回路的功能与参数4电力牵引交流传动及其控制系统 引言引言交流传动电力机车和动车组中所用牵引变流器主要由四象限脉冲整流器和牵引逆变器组成。脉冲整流

2、器是列车牵引传动系统中的网侧变流器。脉冲整流器：目前牵引变流器均采用PWM控制技术，因此也称其为PWM整流器。其拓扑结构分为两电平和三电平两大类。 脉冲整流器具有多种类型结构，大致如下图所示（见下页）电力牵引交流传动及其控制系统 引言引言但我们基本上就把它们分为电流型和电压型，因为它们具有各自比较独立的特点，并且这两者在电路上存在对偶性。（详见下图电容和电感的串并联）电力牵引交流传动及其控制系统 引言引言网侧变流器： 在列车牵引时起整流作用，将牵引供电网上单相交流电转变成机车使用的直流电；再生制动时是其逆过程。 定义： 由于其可以工作在电压、电流坐标平面的四个象限，因此亦称为四象限整流器。 由

3、于当前牵引传动系统中基本采用PWM技术控制整流器，因此又称之为脉冲整流器。电力牵引交流传动及其控制系统 引言引言波形畸变是由电力系统中的非线性设备引起的，流过非线性设备的电流和加在其上的电压不成比例关系。电力牵引交流传动及其控制系统 引言引言电力牵引交流传动及其控制系统 引言引言结论 在电力牵引系统中四象限脉冲整流器取代了其它各种交-直变流器，主要在于它彻底地、全面地解决了电力牵引设备对于功率因素、等效干扰电流、优化粘着利用和再生制动能力方面的特殊而苛刻的要求。 相对于传统整流器，PWM整流方式有效的减少了整流环节对于“电网”的谐波污染，对于铁道电气化的发展具有重大意义。电力牵引交流传动及其控

4、制系统CRH5牵引变流器外观四象限脉冲整流器的安装位置示意图u CRH5型电力机车对于脉冲整流器的应用介绍型电力机车对于脉冲整流器的应用介绍电力牵引交流传动及其控制系统引言1脉冲整流电路的等效电路模型2脉冲整流电路的工作原理3中间直流回路的功能与参数4电力牵引交流传动及其控制系统 脉冲整流电路的等效电路模型脉冲整流电路的等效电路模型前言一个理想的脉冲整流器，需要满足： 在保证电源电流不发生畸变，并与电源电压保持同相位的同时，其输出端能提供恒定平整的直流电压。 仅从交流电网吸取有功功率。原理上这种装置可以由一个无储能部分的变流器和一个分离的储能器组成。为了使牵引供电网中保持较好的功率因数的同时获

5、得平整的直流量，脉冲整流器的变比必须能够通过调制技术随时加以改变。通过不同的方法能够使脉冲整流器的变比逼近所希望的曲线：有级变换、频繁变换（脉宽调制）。电力牵引交流传动及其控制系统 脉冲整流电路的等效电路模型脉冲整流电路的等效电路模型脉冲整流器电路原理图电力牵引交流传动及其控制系统 脉冲整流电路的等效电路模型脉冲整流电路的等效电路模型脉冲整流器等效理想电路模型电力牵引交流传动及其控制系统 脉冲整流电路的等效电路模型脉冲整流电路的等效电路模型电力牵引交流传动及其控制系统 脉冲整流电路的等效电路模型脉冲整流电路的等效电路模型电力牵引交流传动及其控制系统 脉冲整流电路的等效电路模型脉冲整流电路的等效

6、电路模型电力牵引交流传动及其控制系统 脉冲整流电路的等效电路模型脉冲整流电路的等效电路模型电力牵引交流传动及其控制系统以上推导结果显示：以上推导结果显示： 储能器所接受的电流是正弦型，其频率为供电频率的两倍。 储能器上的电压是一个纯直流电压。 脉冲整流电路的等效电路模型脉冲整流电路的等效电路模型电力牵引交流传动及其控制系统 脉冲整流电路的等效电路模型脉冲整流电路的等效电路模型电力牵引交流传动及其控制系统引言1脉冲整流电路的等效电路模型2脉冲整流电路的工作原理3中间直流回路的功能与参数4电力牵引交流传动及其控制系统再生制动再生制动工况工况牵引工况牵引工况工作原理工作原理电力牵引交流传动及其控制系

7、统 脉冲整流电路的工作脉冲整流电路的工作原理原理牵引工况牵引工况脉冲整流器等效电路由图可知：由图可知：二次牵引绕组电压 阻抗 阻抗角电力牵引交流传动及其控制系统脉冲整流器向量图脉冲整流器在能量变换过程中的功率关系：由复功率的计算公式：得脉冲整流器吸收的复功率为：牵引工况牵引工况电力牵引交流传动及其控制系统牵引工况牵引工况交流电源提供的复功率为：根据等号左右两边实部、虚部分别对应相等，则有：（5 - 11）电力牵引交流传动及其控制系统牵引工况牵引工况综上，得脉冲整流器的电压向量平衡方程：电力牵引交流传动及其控制系统牵引工况牵引工况把有关参数代入式（5 - 11），经简化后可求得这种状态下的相应功

8、率为：电力牵引交流传动及其控制系统再生制动再生制动工况工况牵引工况牵引工况工作原理工作原理电力牵引交流传动及其控制系统 脉冲整流电路的工作脉冲整流电路的工作原理原理再生制动再生制动工况工况脉冲整流器等效电路再生制动工况电力牵引交流传动及其控制系统2/abmUUdNNNKUIwL2abmUdUUd-直流侧电压m -整流器的调制深度，亦称调制比K -短路阻抗的标幺值，一般取0.30.35（5-12）再生制动再生制动工况工况电力牵引交流传动及其控制系统mKUUN/122d（5-13）再生制动再生制动工况工况电力牵引交流传动及其控制系统再生制动再生制动工况工况调制深度调制深度m m由图 56 可知，如

9、果保持 与 同方向，即位移因数为，则 随负载电流变化。 （1） 时， ，这时调制深度m最小 即 （2）m的最大值取决于开关器件的开关频率，开通时间和关断时间。0NINUUminabNINUabUUUUUmdNdab/2/2minmin_max21BCttDonm电力牵引交流传动及其控制系统引言1脉冲整流电路的等效电路模型2脉冲整流电路的工作原理3中间直流回路的功能与参数4电力牵引交流传动及其控制系统 定义：在交-直-交变流器中，储能回路是作为网侧变流器的四象限脉冲整流器和负载侧变流器的逆变器之间的连接纽带。 在电压型脉冲整流器中，中间直流回路有两个部分组成：一个是相应于两倍电网频率的串联谐振电

10、路；一个是支撑电容器。电力牵引交流传动及其控制系统串联谐振电路串联谐振电路假设 ,且基波功率因数=1交流电源提供的瞬时无功功率为 -恒定分量 -两倍电源频率脉动的交变分量0NRwtIUIUSinwtIwtSPNNNNNNtNtNtNUiu2cos2in2)()()(NNIUwtIUNN2cos电力牵引交流传动及其控制系统wtIUNLN2sinNNIUwtIUNN2coswtIUwtIwtNLNNLNtNtLNLNUiuQ2sin2sin2sin2)()() t (wtIwtUNLNNtabtiuPsin2sin2) t ()()(abdtdctNUiui)()(ab) t (变压器漏电抗上的瞬

11、时无功功率为 脉冲整流器输入瞬时无功功率为 = - - 脉冲整流器输出电流可根据整流器为无损耗和无储能器件的简化假设，由以下功率平衡关系求得。电力牵引交流传动及其控制系统wtUIUUwtIwtdnabNabui2coscossin2sin2ddc(t)wtIUwtIUIUUNabNabNabdidctiP2sinsin2coscoscos)()(dNNIUwtIUNN2coswtIUNLN2sin则再次证实了脉冲整流器的输出电流包含两个重要的分量：一个直流分量和一个两倍于供电频率的交流分量。 脉冲整流器输出的瞬时功率为 = - -电力牵引交流传动及其控制系统结论结论（1）脉冲整流器的输出电流包

12、含两个重要的分量：流过谐振电路的二次谐波交流分量；流入负载的直流分量。（2）两倍网频的串谐电路的无功功率来自于漏电抗的功率交换，因此电路的瞬时功率的脉动分量也被降低了。（3）此处串联谐振电路一般采用可变电容器和可变电阻的串联结构，可变电容用来平衡漏电抗，可变电阻用来适配阻抗以输出最大功率。电力牵引交流传动及其控制系统支撑电容器支撑电容器 在理想情况下，特别是负载完全是一个电阻时，是不需要一个储能器的，流到负载上的是一个纯直流分量。 在实际情况中，由于以下原因，在中间直流电路中，我们还需要添加一个由电容器构成额外的一个储能器。原因如下: （1）在脉宽调制过程中产生的与脉冲整流器，逆变器交换无功功率和谐波功率。 （2）与异步电动机交换无功功率。 （3）中间直流电路存在线路阻抗，二次谐波电流不全部通过串联谐振电路。支撑电容器还要与变压器漏电感交换无功功率。电力牵引交流传动及其控制系统（4）支撑中间直流回路电压，保持稳定，防止出现较大电压波动。（Q值过大） 选取支撑电容器目前还没有简单的方法，并且还要用一些准则来判断经验取值的正确性注意注意： 在牵引应用中，如果没有正确选择中间回路电容器的值，高频电流可