pwm脉冲整流.ppt

2020/6/13,北京交通大学电气工程系,7-1,第七章PWM整流电路,2020/6/13,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,2020/6/13,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,2020/6/13,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：,2020/6/13,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UdUN输出电流基本结构,2020/6/13,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IdIN输出电压基本结构,2020/6/13,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）,2020/6/13,北京交通大学电气工程系,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）,2020/6/13,北京交通大学电气工程系,7-9,2020/6/13,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。,2020/6/13,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,2020/6/13,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。,2020/6/13,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)=US1msin(Nt-)US1m=UNm/cosIN1m=UNmtan/NLN逆变工况：uS1(t)=US1msin(Nt+)US1m=UNm/cosIN1m=UNmtan/NLN,2020/6/13,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）,2020/6/13,北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）,2020/6/13,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）,2020/6/13,北京交通大学电气工程系,7-17,逆变（再生）理想空载,2020/6/13,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,2020/6/13,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：没有引入交流电流反馈,2020/6/13,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。,2020/6/13,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。,2020/6/13,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）,2020/6/13,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）,2020/6/13,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。,2020/6/13,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）,2020/6/13,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(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。,2020/6/13,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)=IN1msinNtiP1(t)=IP1msin(Nt)IN1m=UNmNCN/tanIP1m=IN1m/cos逆变工况：iN1(t)=IN1msin(Nt+)iP1(t)=IP1msin(Nt+)IN1m=UNmNCN/tanIP1m=IN1m/cos,2020/6/13,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,2020/6/13,北京交通大学电气工程系,7-29,三相电流型脉冲整流器（GTO）,2020/6/13,北京交通大学电气工程系,7-30,三相电流型脉冲整流器（IGBT）,2020/6/13,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。,2020/6/13,北京交通大学电气工程系,7-32,不同之处：,电压型(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。,2020/6/13,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T1T4是主管，TF1TF4为辅管，它们与电容电感LC一起构成主管的强迫换流电路。,2020/6/13,北京交通大学电气工程系,7-34,在电力机车上的应用（GTO、IGBT）,2020/6/13,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。,2020/6/13,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）,2020/6/13,北京交通大学电气工程系,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。,2020/6/13,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,2020/6/13,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,2020/6/13,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,2020/6/13,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,2020/6/13,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