两电平和三电平脉冲整流器的比较

**两电平与三电平的脉冲波形比较电牵二班组员：杨 洋20121550曾绍桓20121543徐刚堂20121544**代思瑶20121565黄异彩20121569赵 杰20121571**两电平与三电平的脉冲波形比较我国引进的时速200公里动力分散型交流传动动车组中,CRHI、CRHS动车组主电路均采用了两电平全桥整流电路。为了降低开关管的电压应力和改善PWM整流器网侧输出波形,CRHZ动车组采用了二极管箱位三电平PWM整流器电路结构。下面主要对这两种电路拓扑的工作原理及数学模型进行分析和研究。1.1两电平整流器原理与数学模型感谢阅读单相电压型两电平Pwm整流器主电路如图2一1所示,网侧漏感L二起传递和储存能量,抑制高次谐波的作用;支撑电容Cd起抑制高次谐波,减少直流电压纹波的作用;电感LZ和电容CZ形成串联谐振电路,用于滤除电网的2次谐波分量。把开关器件(这里采用IGBT)视为理想开关元件,定义理想开关函数S,和S,,从而得到如图2一2所示简化等效电路。感谢阅读**两电平PWM脉冲整流电路两电平PWM整流器等效电路由于上桥臂与下桥臂不能够出现直通,则S与S、S与S不能同时导通和1a2a1b2b关断,驱动信号应该互补。PWM整流器网侧输入端电压U取值有U、0、-U三abdcdc种电平,有效的开关组合有22=4种,即S,S,=00、01、10、11四种逻辑,则PWM感谢阅读整流器输入端电压U 有如下关系:ab=（SS）Uab A B dc则由式(2一2),系统的瞬时等值电路如图2一3所示谢谢阅读瞬时等值电路由图2-3可见,通过不同的控制方法适当调节“U 的大小和相位,就能控制谢谢阅读ab输入电流的相位以控制系统功率因数;同时控制输入电流的大小以控制传入功率变换的能量,也就控制了直流侧输出电压。因此,通常采用电压外环和电流内环相结合的双闭环控制方式。此等值电路的电压矢量平衡方程为:感谢阅读U L diNRiUN N d N N abt对应于四个开关的不同工作状态,电路共有以下三种工作模式:精品文档放心下载**工作模式1：SS=00或11,即下桥臂开关或上桥臂开关全部导通,则此时“U感谢阅读A B ab=0,电容C向负载供电,直流电压通过负载形成回路释放能量,直流电压下降,因此,谢谢阅读d为了保证直流侧电压的稳定,工作模式1的导通时间比较短,这也是在空间电压矢谢谢阅读量调制中,两个零矢量的作用时间要比其他六个矢量的作用时间短的原因。另一精品文档放心下载方面,网侧电压U二两端电压直接加在电感L上,对电感L充、放电。此时对应感谢阅读N N N的电压矢量平衡方程如下(忽略等效电阻的影响):U=LdiNNNdt工作模式3:SS=10,等效电路如图2-4(b)所示,则U=U。U>0,储存在电ABabdcN感中的能量向负载RL和电容Cd释放,电感电流iN下降,一方面给电容充电,使得直精品文档放心下载流电压上升,保证直流电压稳定,同时高次谐波电流通过电容形成低阻抗回路;另一方面给负载提供恒定的电流。此时对应的电压矢量平衡方程如下:谢谢阅读dL iNN d

=U

N

-U

dctSS

=01时的电路

SS

=10时的电路A B

A B在任意时刻,PWM整流器只能工作在上述三种模式中的一种状态下,在不同的时区,通过对上述3种开关模式的切换,保持直流侧负载电压的稳定和负载电流i。的双向流动,也即实现能量的双向流通。由图2-1所示主电路结构可知,网侧串入一电感元件形成Boost电路的拓扑结构,使得直流侧输出电压大于网侧电压峰值。假设开关管为理想模型,在换相过程中没有功率损失和能量储存,则交流侧与谢谢阅读**直流侧瞬时功率应当相等。即:i=Uiab N dc 0又由等效电路的拓扑结构可得:LdiN=U-iR-UNdNNNabtCdUdc=i-Udc-idd0R2tLLdiU-U22dtdcC2CdUC2i2dt2将式(2-7)、(2-8)代入式(2-9),得式(2-10)所示两电平PWM整流器的主电路数学模型,其中U为二次滤波电容上的电压。谢谢阅读2LdiN=U-iR-（SS）UNdNNNABdctCdUdc=（SS）i-Udc-iddABNR2tLLdiU-U22dtdcC2CdUC2i2dt22.2三电平整流器原理三电平二极管箱位PWM整流器拓扑如图2-5所示,它采用8个功率开关器件(这里采用IGBT)构成两组对称的桥臂。每一桥臂有4个开关管,其中直接连到正负直流母线上的2个开关管称之为主开关管,中间的2个开关管称之为辅助开关管。两组桥臂各带2个箱位二极管,以防止电容C或C因开关操作而发生直通。直流谢谢阅读L Z**侧支撑电容由2个同样的电容串联组成,这样就可以提供一个中性点,连接到中性点上的2个箱位二极管可以把PWM整流器的电压箱位到中性点电位,因此该整流器也称为中点箱位PWM整流器.精品文档放心下载为了便于分析电路,首先根据开关管不同的工作状态,定义电路的三种工作状态:1态、O态、-1态(假设两电容上的电压相等),以左半桥为例:谢谢阅读根据每种不同情况我们可以等效电路为：二电平二极管箱位PWM整流器开关等效电路图由开关等效电路可知,每组桥臂可以等效为一个开关,该开关具有1、0、一1三种谢谢阅读等效状态,两组桥臂有32 9种开关关组合,主电路有9种工作模式。谢谢阅读**工作模式0:(SS)=(1,1),开关管S与S、S与S导通,整流器交流侧被AB1a2a1b2b短路,网侧输入电压U等于0,电容C、C通过直流侧负载放电,网侧电流i的大感谢阅读a L Z N小随网侧电压U的变化而增大或减小。N工作模式1:(SS)=(1，0),开关管S与S,S和S导通,网侧输入电压UAB1a2a3a3ba等于U网侧漏感电压等于U-U电容q上的电压被正向(或反向),电流充电(或放精品文档放心下载1 N N电),电容CZ通过直流侧负载放电。在此举两个工作模式，剩下见开关表根据S、S的不同组合，可以得到不同的五个电平：A B根据以上的原理分析可知,三电平PwM整流器与两电平PWM整流器相比,具有很多优点:谢谢阅读1.每个功率开关器件所承受的电压峰值只有两电平PWM整流器的一半,降低了功率开关管的电压应力,较好的解决了开关器件耐压不够高的问题。精品文档放心下载2.在相同的开关频率及控制方式下,由于电平数的增加,三电平PwM整流器的网侧电流波形比两电平中的正弦性要好,且电平数越多,电流越接近正弦,可以获得更好的频谱特性和动态性能。谢谢阅读**3.输出电压为5个电平的阶梯波,相对于两电平的3个电平,输出波形阶梯增多,精品文档放心下载各级间的幅值变化降低,可更加接近正弦波;电压脉动小,降低了输出电压的跳变,感谢阅读减小对负载和本身的损害;输出电压谐波含量减少,对外围电路的干扰减小。精品文档放心下载但是这种三电平结构也有它固有的不足之处:1.因为不同管子的开关时间不同,器件所需额定电流不同。谢谢阅读2.电容均压问题:这是制约其应用的最大障碍之一。直流侧电容由于一个周期谢