《脉冲整流》PPT课件.ppt
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1、脉冲整流器第第 7 章章 脉冲整流电路脉冲整流电路10/26/20221脉冲整流器本章内容本章内容 概述概述 电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器 电流型脉冲整流器电流型脉冲整流器7.4 7.4 电流型脉冲整流器与电压型脉冲整流电流型脉冲整流器与电压型脉冲整流 器的性能特点比较器的性能特点比较7.5 7.5 脉冲整流器的应用脉冲整流器的应用10/26/20222脉冲整流器7.1 概述概述一、脉冲整流器的发展背景一、脉冲整流器的发展背景相控整流器的不足相控整流器的不足功率因数低功率因数低谐波含量大谐波含量大提高相控整流器功率因数的措施提高相控整流器功率因数的措施多段桥(多重化)多段桥(多重化);全控
2、桥工作于半控状态;全控桥工作于半控状态;斩控整流(强迫换相)。斩控整流(强迫换相)。10/26/20223脉冲整流器1 1、多段桥、多段桥串联变流器的顺序控制串联变流器的顺序控制 顺序控制基本思想:将几个变流器串联,根据输顺序控制基本思想:将几个变流器串联,根据输出电压的要求对它们进行不同的控制,其中只有一出电压的要求对它们进行不同的控制,其中只有一个变流器处于相控状态,其余变流器处于续流或满个变流器处于相控状态,其余变流器处于续流或满输出状态。输出状态。10/26/20224脉冲整流器lSS3BSS3BSS4BSS4BSS8SS8SS9SS9l不等分三不等分三段半控桥段半控桥多段桥的应用多段
3、桥的应用交交直电力机车主电路直电力机车主电路10/26/20225脉冲整流器2 2、全控桥工作于半控状态全控桥工作于半控状态可控续流可控续流(提高位移(提高位移因数)因数)10/26/20226脉冲整流器3 3、强迫换相、强迫换相(1)(1)熄灭角控制熄灭角控制获超前相移因数,对整个电力系统有利。获超前相移因数,对整个电力系统有利。10/26/20227脉冲整流器(2)(2)对称角控制:使位移因数为对称角控制:使位移因数为1 1 10/26/20228脉冲整流器(3 3)脉冲宽度控制()脉冲宽度控制(PWMPWM脉冲整流):脉冲整流):使位移因数达到使位移因数达到1 1,并同时提高,并同时提高
4、畸变因数畸变因数10/26/20229脉冲整流器二、脉冲整流器的特点二、脉冲整流器的特点脉冲整流器是一种以脉宽控制(脉冲整流器是一种以脉宽控制(PWM)方)方式工作的整流器,又称为四象限变流器式工作的整流器,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,交流侧功率因数高,交流侧cos=1;谐波含量低,交流侧电流接近于正弦;谐波含量低,交流侧电流接近于正弦;体积小、重量轻、动态响应快。体积小、重量轻、动态响应快。概述概述10/26/202210脉冲整流器三、脉冲整流器的基本思想三、脉冲整流器的基本思想三、脉冲整流器的基本思想三、脉冲整流器的基本思想根据根
5、据PWM逆变器的工作原理,当采用逆变器的工作原理,当采用PWM控控制时,直制时,直交变流器的交流侧可以产生频率、交变流器的交流侧可以产生频率、幅值、相位都可调的波形,如幅值、相位都可调的波形,如us1;概述概述若在交流侧接电源若在交流侧接电源uN和阻抗(电抗)和阻抗(电抗)LN,并控,并控制制us的频率与电源同频率则有:的频率与电源同频率则有:10/26/202211脉冲整流器如果控制,使的端点在与垂直且如果控制,使的端点在与垂直且与其端点相交的直线上,则可以使交流侧的与其端点相交的直线上,则可以使交流侧的 脉冲整流器的基本思想脉冲整流器的基本思想概述概述10/26/202212脉冲整流器四、
6、分类:四、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 1、电压型脉冲整流器、电压型脉冲整流器 特征:特征:直流侧电压恒定直流侧电压恒定,即:,即:ud(t)=Ud,并,并且且 Ud UN(正常工作的条件(正常工作的条件)概述概述UduN10/26/202213脉冲整流器2、电流型脉冲整流器、电流型脉冲整流器 特征:特征:直流侧电流恒定直流侧电流恒定,即:,即:id(t)=Id,并,并且且 Id IN(正常工作的条件(正常工作的条件)概述概述IdiN10/26/202214脉冲整流器概述概述五、五、PWM整流器的发展史整流器的发展史E120机车的电源侧变流器机车的电源侧变流器
7、德国德国BBC公司于公司于1974年生产出第一台交流年生产出第一台交流传动电力机车传动电力机车E120机车,将四象限机车,将四象限变流器作为其电源侧变流器作为其电源侧变流器。变流器。10/26/202215脉冲整流器概述概述10/26/202216脉冲整流器概述概述10/26/202217脉冲整流器支撑电容支撑电容Cd:用于滤波,使直流侧电压恒定。:用于滤波,使直流侧电压恒定。交流侧电感交流侧电感LN:用于实现对:用于实现对PWM整流器交流侧整流器交流侧电压电压us1的调节从而实现对功率因数的调节,同的调节从而实现对功率因数的调节,同时也限制交流侧谐波电流。时也限制交流侧谐波电流。7.2 电压
8、型脉冲整流器电压型脉冲整流器一、单相电压型脉冲整流器的结构一、单相电压型脉冲整流器的结构、基本结构、基本结构2、各元件的作用、各元件的作用10/26/202218脉冲整流器二次滤波回路二次滤波回路L2、C2:用于提供:用于提供2次谐波电流通次谐波电流通路,限制直流侧路,限制直流侧二次谐波电流,从而减小二次谐波电流,从而减小ud中的中的二次谐波电压。二次谐波电压。其谐振频率为基波频率的其谐振频率为基波频率的2倍。倍。2、各元件的作用、各元件的作用10/26/202219脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器二、工作原理:二、工作原理:通过对通过对T1T4进行进
9、行PWM控制,控制,使电网电流使电网电流iN(t)的基波分量与电网电压的基波分量与电网电压uN(t)保持同相(整流工况)或反相(逆变工况),保持同相(整流工况)或反相(逆变工况),同时使直流侧电压同时使直流侧电压Ud恒定。恒定。10/26/202220脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器控制方法控制方法被控量被控量vUd:要求:要求Ud基本保持恒定基本保持恒定viN1:要求:要求iN1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v间接电流控制间接电流控制 v直接电流控制直接电流控制 10/26/202221脉冲整流器 假定电网电压是纯假定电网电压是
10、纯正弦电压,对于正弦电压,对于基波基波分量分量,在忽略线路电,在忽略线路电阻的条件下有:阻的条件下有: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的幅值和相位也可控。的幅值和相位也可控。(1)相量方程)相量方程 电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器1、间接电流控制、间接电流控制根据相量方程(相量图)产根据相量方程(相量图)产生合适的生合适的Us1。10/26/202222脉冲整流器(2 2)相量图)相量图)相量图)相量图(功率因数(功率因数(功率因数(功率因数=1 1时)时)时)时)(a)整流整流 (b)逆变逆变 (c)
11、整流、考虑线路电整流、考虑线路电阻阻 在不同的负载电流下只要使在不同的负载电流下只要使us1相量端点轨迹相量端点轨迹沿直线沿直线CD运动运动 就可以使就可以使iN1与与uN同相或反相。同相或反相。电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器10/26/202223脉冲整流器(3)基本电量关系:)基本电量关系:设设u uN N(t)=U(t)=UNmNmsinsinN Nt t,且忽略,且忽略线路电阻线路电阻整流工况:整流工况:IN1mN1m=U UNmNmtan/NLN得得 US1m=UNm/cos 得得US1m uS1(t)=US1msin(Nt-)得得uS1(t)电压型
12、脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器10/26/202224脉冲整流器(4)uS、uN 和和 i iN 波形波形整流(牵引)整流(牵引)电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器10/26/202225脉冲整流器逆变工况:逆变工况:IN1mN1m=U UNmNmtan/NLN US1m=UNm/cos uS1(t)=US1msin(Nt+)电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器10/26/202226脉冲整流器uS、uN 和和 i iN 波形波形逆变逆变(再生再生)电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整
13、流器10/26/202227脉冲整流器uS、uN 和和 i iN 波形波形理想空载理想空载电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器10/26/202228脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器2、直接电流控制、直接电流控制电流跟踪控制电流跟踪控制10/26/202229脉冲整流器三、整流器工作模式及能流(能量传递)关系三、整流器工作模式及能流(能量传递)关系 根据各功率器件的工作状态及能量流向,整流器根据各功率器件的工作状态及能量流向,整流器在在一个工作周期内一个工作周期内的工作模式可分成的工作模式可分成3类类12种模式:种模式:(1
14、)A、B短接(短接(us=0):电源与):电源与LN交换能量(交换能量(4种)种)(2)整流:整流器从交流电源或)整流:整流器从交流电源或LN吸收能量(吸收能量(4种)种)(3)逆变:整流器向交流电源或)逆变:整流器向交流电源或LN泄放能量(泄放能量(4种)种)电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器10/26/202230脉冲整流器整流器工作模式及能流关系整流器工作模式及能流关系(网压(网压 uN(t)为正半波时)为正半波时)电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器10/26/202231脉冲整流器整流器工作模式及能流关系整流器工作模式及能流关
15、系(网压(网压 uN(t)为正半波时)为正半波时)电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器10/26/202232脉冲整流器四、三相电压型脉冲整流器四、三相电压型脉冲整流器主电路结构主电路结构工作原理与单相脉冲整流器相同工作原理与单相脉冲整流器相同电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器10/26/202233脉冲整流器平波电感平波电感Ld:用于滤波,使直流侧电流平直。:用于滤波,使直流侧电流平直。交流侧电容交流侧电容CN:用于调节交流侧电流:用于调节交流侧电流IN1从而实从而实现对功率因数的调节并限制交流侧谐波电流。现对功率因数的调节并限制交流
16、侧谐波电流。7.3 电流型脉冲整流器电流型脉冲整流器、基本结构、基本结构2、各元件的作用、各元件的作用10/26/202234脉冲整流器二次滤波回路二次滤波回路L2、C2:用于限制直流侧:用于限制直流侧二次谐波二次谐波电压,从而减小电压,从而减小id中的二次谐波电流中的二次谐波电流。其谐振频。其谐振频率为基波频率的率为基波频率的2倍。倍。交流侧电感交流侧电感LN:电源变压器及线路上的分电源变压器及线路上的分布电感。(理论上并不需要)布电感。(理论上并不需要)10/26/202235脉冲整流器3、工作原理:、工作原理:通过对通过对T1T4进行进行PWM控制,使控制,使电网电流电网电流iN(t)与
17、电网电压与电网电压uN(t)保持同相(整保持同相(整流工况)或反相(逆变工况),同时使直流流工况)或反相(逆变工况),同时使直流侧电流侧电流Id恒定。恒定。电流型脉冲整流器电流型脉冲整流器电流型脉冲整流器电流型脉冲整流器10/26/202236脉冲整流器 假定电网电压是纯正弦电压,对于基波分量假定电网电压是纯正弦电压,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iN1的幅值和相位也是可控的幅值和相位也是可控 的。的。(1)相量方程)相量方程 电流型脉冲整流器电流型脉冲整流器电流型脉冲整流器电流型脉冲整流器间接电流控制间接电流控制根据相量方程
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