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1、2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-1,第七章 PWM整流电路,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-2,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,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-3,7 . 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,201
2、9/6/6,北京交通大学电气工程系,7-4,脉冲变流器的基本思想 基本原理 理想情况下：,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-5,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：ud (t) = Ud ，并且要求Ud UN 输出电流 基本结构,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-6,电流型脉冲整流器 特征：直流侧电流恒定 ，即：id (t) = Id ，并且要求Id IN 输出电压 基本结构,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-7,7 . 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）,2019/6/6,北京交
3、通大学电气工程系,7-8,7 . 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）,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-9,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-10,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，us1的幅值和相位均可控 ，因此iN1的幅值和相位也是可控 的。,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-11,功率因数不等于1时的基波相量图 (a) 整流 (b) 逆变,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-12,功率因数等于1时的基波相量图 (a) 整流 (b) 逆变 (c) 考虑线
4、路电阻 结论：在不同负载电流下，只要使us1相量的端点轨迹沿直线CD运动，就可以使iN1与uN同相或反相。,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-13,电量关系： 设 uN(t)= UNmsinNt，且忽略线路电阻 整流工况： uS1(t) = US1m sin(Nt-) US1m = UNm / cos IN1m = UNm tan/NLN 逆变工况： uS1(t) = US1msin(Nt+) US1m = UNm / cos IN1m =UNm tan/NLN,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-14,基本能量关系（网压 uN (t) 为正半波时）,2019/6/6,北
5、京交通大学电气工程系,7-15,基本能量关系（网压 uN (t) 为正半波时）（续）,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-16,不同工况时 uS、uN 和 iN 波形分析 整流（牵引）,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-17,逆变（再生） 理想空载,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-18,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,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-19,电压型脉冲整流电路的控制 被控量 Ud：要求Ud基本保持恒定 iN：要求iN与uN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 ：
6、没有引入交流电流反馈,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-20,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。,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-21,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us 的相位和幅值US1m 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。,2019/6/6,
7、北京交通大学电气工程系,7-22,7 . 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）,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-23,三相电流型脉冲整流器主电路结构（IGBT）,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-24,主要方程式及相量图 简化主电路（忽略LN） 对于基波分量 在PWM控制方式下iP1的幅值和相位均可控 ，因此iN的幅值和相位也是可控 的。,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-25,功率因数不等于1时的相量图 (a) 整流（牵引） (b) 逆变（再生）,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-26,功率因数等于1时的基波相量图
8、 (a) 整流（牵引） (b) 逆变（再生） 在不同的负载电流下只要使 =00或 =1800就可以使iN1与uN1同相或反相。,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-27,电量关系： 设 uN(t)= UnmsinNt，且忽略LN 整流工况： iN1(t) = IN1m sinNt iP1(t) = IP1m sin(Nt ) IN1m = UNm NCN / tan IP1m = IN1m / cos 逆变工况： iN1(t) = IN1m sin(Nt + ) iP1(t) = IP1m sin(Nt + + ) IN1m = UNm NCN / tan IP1m = IN1m /
9、 cos ,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-28,基本能量关系 uN 、 iN 和iP波形,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-29,三相电流型脉冲整流器（GTO）,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-30,三相电流型脉冲整流器（IGBT）,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-31,7 . 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 。,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-32,不同之处：,电压型 (
10、1) Id方向可变，Ud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) Id方向不可变，Ud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。,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-33,7 . 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T1 T4是主管，TF1TF4为辅管，它
11、们 与电容电感LC一起构 成主管的强迫换流电 路。,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-34,在电力机车上的应用 （GTO、IGBT）,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-35,7. 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。,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-36,7. 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）,2019/6/6,北京交通大学电气工
12、程系,7-37,7. 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。,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-38,7. 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,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-39,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,2019/6
13、/6,北京交通大学电气工程系,7-40,7. 5. 6 电力储能系统 超导线圈储能 蓄电池储能 电容储能,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-41,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,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-42,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 uN (t) 为负半波时，六种基本的能量传递关系。,2019/6/6,北京交通大学电气工程系,7-43,7-4 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。,