pwm脉冲整流.ppt

脉冲整流,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,北京交通大学电气工程系,7-,*,第七章,PWM,整流电路,2/1/2026,1,北京交通大学电气工程系,本 章 内 容,7.1,脉冲整流电路的基本原理及分类,7.2,电压型脉冲整流电路,7.3,电流型脉冲整流电路,7.4,电流型与电压型脉冲整流电路的性能比较,7.5,脉冲整流电路的应用,2/1/2026,2,北京交通大学电气工程系,7.1,脉冲整流电路的原理及分类,概述,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,与相控整流器相比具有下列优点：,功率因数高，可达到,1,；,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,2/1/2026,3,北京交通大学电气工程系,脉冲变流器的基本思想,基本原理,理想情况下：,2/1/2026,4,北京交通大学电气工程系,分类：,按直流侧的电压和电流情况分类,电压型脉冲整流器,特征：直流侧电压恒定，即：,u,d,(t)=,U,d,，并,且要求,U,d,U,N,输出电流,基本结构,2/1/2026,5,北京交通大学电气工程系,电流型脉冲整流器,特征：直流侧电流恒定,，即：,i,d,(t)=I,d,，并,且要求,I,d,I,N,输出电压,基本结构,2/1/2026,6,北京交通大学电气工程系,7.2,电压型脉冲整流电路,单相电压型脉冲变流器主电路结构（,IGBT,）,2/1/2026,7,北京交通大学电气工程系,7.2,电压型脉冲整流电路,（续）,单相电压型脉冲变流器主电路结构（,GTO,）,2/1/2026,8,北京交通大学电气工程系,2/1/2026,9,北京交通大学电气工程系,主要方程式及相量图,简化主电路,对于基波分量，在忽略线路电阻的条件下,在,PWM,控制方式下，,u,s1,的幅值和相位均可控，因此,i,N1,的幅值和相位也是可控 的。,2/1/2026,10,北京交通大学电气工程系,功率因数不等于,1,时的基波相量图,(a),整流,(b),逆变,2/1/2026,11,北京交通大学电气工程系,功率因数等于,1,时的基波相量图,(a),整流,(b),逆变,(c),考虑线路电阻,结论：在不同负载电流下，只要使,u,s1,相量的端点轨迹沿直线,CD,运动，就可以使,i,N1,与,u,N,同相或反相,。,2/1/2026,12,北京交通大学电气工程系,电量关系：,设,u,N,(t,)=,U,Nm,sin,N,t,，且,忽略,线路电阻,整流工况：,u,S1,(t)=U,S1m,sin(,N,t-,),U,S1m,=,U,Nm,/,cos,I,N1m,=,U,Nm,tan/,N,L,N,逆变工况：,u,S1,(t)=U,S1m,sin(,N,t+,),U,S1m,=,U,Nm,/,cos,I,N1m,=,U,Nm,tan/,N,L,N,2/1/2026,13,北京交通大学电气工程系,基本能量关系,（网压,u,N,(t),为正半波时）,2/1/2026,14,北京交通大学电气工程系,基本能量关系,（网压,u,N,(t),为正半波时）（续）,2/1/2026,15,北京交通大学电气工程系,不同工况时,u,S,、,u,N,和,i,N,波形分析,整流,（,牵引,）,2/1/2026,16,北京交通大学电气工程系,逆变,（,再生,）,理想空载,2/1/2026,17,北京交通大学电气工程系,电压型三相脉冲整流器,主电路结构,工作原理 与单相脉冲变流器相同,2/1/2026,18,北京交通大学电气工程系,电压型脉冲整流电路的控制,被控量,U,d,：,要求,U,d,基本保持恒定,i,N,：,要求,i,N,与,u,N,保持同相或反相,控制方法,直接电流控制：引入交流电流反馈,间接电流控制：没有引入交流电流反馈,2/1/2026,19,北京交通大学电气工程系,直接电流控制,电流跟踪控制,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,根据内环的比较结果确定功率开关的通,/,断状态,特点：,控制系统简单；,电流响应快；,开关频率不固定，滤波困难。,2/1/2026,20,北京交通大学电气工程系,间接电流控制,相位和幅值控制,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,根据相量关系计算出各相,u,s,的相位,和幅值,U,S1m,通过,PWM,控制确定功率开关的通,/,断状态,特点：,开关频率固定，滤波容易；,电流响应较慢；,控制效果与参数（,L）,的计算精度有关。,2/1/2026,21,北京交通大学电气工程系,7.3,电流型脉冲整流电路,单相电流型脉冲整流器主电路结构（,GTO,）,2/1/2026,22,北京交通大学电气工程系,三相电流型脉冲整流器主电路结构（,IGBT,）,2/1/2026,23,北京交通大学电气工程系,主要方程式及相量图,简化主电路（忽略,L,N,）,对于基波分量,在,PWM,控制方式下,i,P1,的幅值和相位均可控，因此,i,N,的幅值和相位也是可控 的。,2/1/2026,24,北京交通大学电气工程系,功率因数不等于,1,时的相量图,(a),整流,（,牵引）,(b),逆变,（,再生）,2/1/2026,25,北京交通大学电气工程系,功率因数等于,1,时的基波相量图,(a),整流,（牵引）,(b),逆变,（,再生）,在不同的负载电流下只要使,=0,0,或,=180,0,就可以使,i,N1,与,u,N1,同,相或反相。,2/1/2026,26,北京交通大学电气工程系,电量关系：,设,u,N,(t,)=,U,nm,sin,N,t,，且,忽略,L,N,整流工况：,i,N1,(t)=I,N1m,sin,N,t,i,P1,(t)=I,P1m,sin(,N,t,),I,N1m,=,U,Nm,N,C,N,/tan,I,P1m,=,I,N1m,/,cos,逆变工况：,i,N1,(t)=I,N1m,sin(,N,t,+,),i,P1,(t)=I,P1m,sin(,N,t,+,+,),I,N1m,=,U,Nm,N,C,N,/tan,I,P1m,=,I,N1m,/,cos,2/1/2026,27,北京交通大学电气工程系,基本能量关系,u,N,、,i,N,和,i,P,波形,2/1/2026,28,北京交通大学电气工程系,三相电流型脉冲整流器（,GTO,）,2/1/2026,29,北京交通大学电气工程系,三相电流型脉冲整流器（,IGBT,）,2/1/2026,30,北京交通大学电气工程系,7.4,电流型与电压型脉冲整流电路的性能比较,相同之处：,两者的交流侧输出特性基本相同；,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；,都能减少谐波，减少对电网的污染。,2/1/2026,31,北京交通大学电气工程系,不同之处：,电压型,(1),I,d,方向可变，,U,d,方向不可变；,(2),必须有反向电流通路；主管只需承受正向电压；,(3),上、下桥臂换流，先断后通，设置死区时间，避免上、下桥臂贯穿 短路,;,(4),应用范围广。,电流型,(1),I,d,方向不可变，,U,d,方向可变；,(2),没有反向电流通路，主管必须承受正、反向电压；,(3),相邻桥臂换流，先通后断，避免大电感突然断开，产生过电压击穿主管；,(4),电流响应速度快；,(5),体积大。,2/1/2026,32,北京交通大学电气工程系,7.5,脉冲整流电路的应用,7.5.1,在电力机车上的应用,E120,型交流,传动,电力机车,晶闸管,T,1,T,4,是主管，,T,F1,T,F4,为辅管，它们,与电容电感,LC,一起构,成主管的强迫换流电,路。,2/1/2026,33,北京交通大学电气工程系,在电力机车上的应用（,GTO,、,IGBT,）,2/1/2026,34,北京交通大学电气工程系,7.5.2,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；,成本高于二极管整流桥。,2/1/2026,35,北京交通大学电气工程系,7.5.3,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；,以前：,电阻能耗放电（耗能、散热问题、占用场地）,现在：,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）,2/1/2026,36,北京交通大学电气工程系,7.5.4,有源电力滤波器,用于电力系统的无功补偿、谐波补偿等。,用于铁路牵引供电系统中的三相,/,单相变换。,2/1/2026,37,北京交通大学电气工程系,7.5.5,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、水力发电等）不可控，不能直接并入电网。,太阳能发电并网系统,2/1/2026,38,北京交通大学电气工程系,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,需要大容量的逆变器,(c),采用双馈电机,利用率高，变频器容量小,系统复杂,2/1/2026,39,北京交通大学电气工程系,7.5.6,电力储能系统,超导线圈储能,蓄电池储能,电容储能,2/1/2026,40,北京交通大学电气工程系,储能系统的作用：,调节电力系统日负荷曲线改善电网的稳定性和可靠性提高用户的电能质量,2/1/2026,41,北京交通大学电气工程系,习 题,7-1,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。,7-3,仿照课堂内容，画出网压,u,N,(t),为,负,半波时,，六种基本的能量传递关系。,2/1/2026,42,北京交通大学电气工程系,7-4,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异同点。,2/1/2026,43,北京交通大学电气工程系,