脉冲整流课件

1、脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-1脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-27.17.1 概述概述7.27.2 电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器7.37.3 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脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-3一、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

2、多段桥（多重化）多段桥（多重化）；全控桥工作于半控状态；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）。 脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-41 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。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-5lSS3BSS3BSS4BSS4BS

3、S8SS8SS9SS9l不等分三不等分三段半控桥段半控桥多段桥的应用多段桥的应用交交直电力机车主电路直电力机车主电路脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-62 2、全控桥工作于半控状全控桥工作于半控状态态可控续流可控续流（提高位（提高位移因数）移因数）1COS脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-73 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。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-8(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 脉冲整流器2021-10-23脉冲整流

4、课件7-9（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，并同时提高畸变因数畸变因数脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-10二、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。

5、体积小、重量轻、动态响应快。概述概述脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-11 根据根据PWM逆变器的工作原理，当采用逆变器的工作原理，当采用PWM控制时，直控制时，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；。I，UILjUUNsNNNsN的幅值和相角就可以调节的幅值和相角调节11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，并控制控制us的频率与电源同频率则有：的频率与电源同频率则有：脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-12 如果控制，使的端点在与垂直且如果

6、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1sU1sUNU1cos概述概述脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-13四、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 21、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 ，并且，并且 Ud UN（正常工作的条件（正常工作的条件）概述概述UduN脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-1422、电流型脉冲整流器、电流型脉冲整流器 特征：特征：

7、直流侧电流恒定直流侧电流恒定 ，即：，即：id (t) = Id ，并且，并且 Id IN（正常工作的条件（正常工作的条件）概述概述IdiN脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-15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。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-16概述概述脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-17概述概述脉冲整流器2021

8、-10-23脉冲整流课件7-18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。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、各元件的作用脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-19二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

9、，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。)2cos1 ()()()()(11tUUItututitidNNdNNd2、各元件的作用、各元件的作用脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-20二、工作原理：二、工作原理：通过对通过对T1T4进行进行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)保保持同相（整流工况）或反相（逆变工况），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。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流

10、课件7-21 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 脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-2211NNsNIUULjN 假定电网电压是纯假定电网电压是纯正弦电压，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 1、间接电流

11、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 。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-23 (a) 整流整流 (b) 逆变逆变 (c) 整流、考虑线路电阻整流、考虑线路电阻 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。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-24（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： IN1

12、mN1m=U UNmNmtan/ NLN得得 US1m=UNm/cos 得得US1m uS1(t)=US1msin(Nt-) 得得uS1(t)脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-25（4）uS、uN 和和 i iN 波形波形整流（牵引）整流（牵引）脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-26逆变工况：逆变工况： IN1mN1m=U UNmNmtan/ NLN US1m=UNm/cos uS1(t)=US1msin(Nt+) 脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-27uS、uN 和和 i iN 波形波形逆变（再生）逆变（再生）脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-

13、28uS、uN 和和 i iN 波形波形理想空载理想空载脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-292、直接电流控制、直接电流控制电流跟踪控制电流跟踪控制脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-30三、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）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

14、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）脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-31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）脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-32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）脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-33四、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

15、器相同脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-34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侧谐波电流。、基本结构、基本结构2、各元件的作用、各元件的作用脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-35二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

16、。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）)2cos1 ()()()()(11tIUItitutitudNNdNNd脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-363、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)与电网电压与电网电压uN(t)保持同相（整流保持同相（整流工况）或反相（逆变工况），同时使直流侧工况）或反相（逆变工况），同时使直流侧电流电流Id恒定。恒定。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-37 假定电网电压是纯正弦电压，对于基波分量

17、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 11PNNNNIUICj间接电流控制间接电流控制根据相量方程（图）产生合适根据相量方程（图）产生合适的的IP1 。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-38（2）相量图）相量图（功率因数（功率因数=1时）时）(a) 整流（牵引）整流（牵引） (b) 逆变（再生）逆变（再生）脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-39（3）基本电量关系：）基本电量关系： 设设u uN N(t)=

18、U(t)=UNmNmsinsinN Nt t，且忽略，且忽略LN整流工况：整流工况： i iN1(t)=IN1msinNt i iP1(t)=IP1msin(Nt-) IN1m=UNm NCN /tan IP1mP1m=I IN1mN1m/cos 逆变工况：逆变工况： i iN1(t)=IN1msin(Nt+) i iP1(t)=IP1msin(Nt+-) IN1m=UNm NCN /tan IP1mP1m=I IN1mN1m/cos 定义调制比（调制深度）：定义调制比（调制深度）：=IP1m/Id脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-40直接电流控制直接电流控制脉冲整流器2021-1

19、0-23脉冲整流课件7-414、整流器工作模式及能流（能量传递）关系、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，整流器在一个在一个工作周期内工作周期内的工作模式也可分成的工作模式也可分成3类类12种模式：种模式：（1）整流器断开（）整流器断开（ip=0）：电源与）：电源与CN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CN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CN泄放能量（泄放能量（4种）种）脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课

20、件7-425、三相电流型脉冲整流器（、三相电流型脉冲整流器（GTO）脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-435、三相电流型脉冲整流器、三相电流型脉冲整流器（续）（续）（IGBT模块）模块）脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-44 相同之处：相同之处：两者的交流侧特性基本相同（电网电压与电两者的交流侧特性基本相同（电网电压与电网电流同相位）网电流同相位）;都能实现四象限运行；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与晶闸管相控整流电路相比都能提高功率因数，都能减小谐波，减少对电网的污染数，都能减小谐波，减少对电网的污染 。脉冲整流器2021-10-23脉冲整

21、流课件7-45 不同之处：不同之处：电压型电压型(1) Id方向可变，方向可变，Ud方向方向不可变；不可变；(2) 必须采用必须采用“逆导型逆导型”桥臂，主管只承受正向桥臂，主管只承受正向电压；电压；电流型电流型(1) Id方向不可变，方向不可变，Ud方方向可变；向可变；(2)必须采用必须采用“逆阻型逆阻型”桥臂，主管必须能承受桥臂，主管必须能承受正、反向电压；正、反向电压；脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-46 不同之处：不同之处：电压型电压型(3) 上、下桥臂主管换上、下桥臂主管换相顺序必须是相顺序必须是“先关后先关后开开”，并且设置一个死，并且设置一个死区时间区时间 ，避免上

22、、下桥，避免上、下桥臂贯穿臂贯穿 短路。短路。电流型电流型(3) 相邻桥臂主管换相相邻桥臂主管换相顺序必须是顺序必须是“先开后先开后关关”，避免大电感电路，避免大电感电路突然断开时产生过电压突然断开时产生过电压 ，防止击穿主管防止击穿主管 。(4)应用范围广。应用范围广。(4)电流响应速度快；电流响应速度快；(5)体积大。体积大。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-47 在电力机车上的在电力机车上的应用应用 E120型交流传动型交流传动电力机车电力机车晶闸管晶闸管T1 T4是是主管，主管，TF1TF4为辅管，它们与为辅管，它们与电容电感电容电感LC一一起构成主管的强起构成主管的强迫换

23、流电路。迫换流电路。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-48 在电力机车上的应用在电力机车上的应用 脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-49 用作有源电子负载用作有源电子负载 用于直流电源试验，可以将待试设备的输出用于直流电源试验，可以将待试设备的输出能量反馈到电网，节约能源。能量反馈到电网，节约能源。 脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-50 可再生能源和储能系统与电网间的互联可再生能源和储能系统与电网间的互联可再生能源（风能、太阳能、潮汐发电、水可再生能源（风能、太阳能、潮汐发电、水力发电等）不能直接并入电网力发电等）不能直接并入电网 。 太阳能发电并网系统太

24、阳能发电并网系统脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-51 补充补充1静止无功发生器（静止无功发生器（SVG） 所谓静止无功发生器（所谓静止无功发生器（SVG）是指采用）是指采用PWM整流器来进行动态无功补偿的装置。其拓朴结构整流器来进行动态无功补偿的装置。其拓朴结构如下：如下：脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-52 电压型电压型SVGSVG基本原理基本原理 通过调节通过调节PWMPWM变流电路交流侧输出电压的相变流电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或发出满足要求的无功电流，从而实现无路吸收或发出

25、满足要求的无功电流，从而实现无功补偿。功补偿。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-53理想系统理想系统（不考虑（不考虑SVGSVG的损耗）工作情况分析的损耗）工作情况分析 此情况下此情况下SVGSVG不从电网吸收有功功率，不从电网吸收有功功率，SVGSVG交交流侧电压流侧电压U UI I与电网电压与电网电压U US S同相，改变同相，改变U UI I的大小就的大小就可以控制可以控制SVGSVG从电网吸收的电流的性质（超前或从电网吸收的电流的性质（超前或滞后）。滞后）。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-54(b) 图：图： 当当SVG输出电压的幅值大于系统电压幅输出电压的幅

26、值大于系统电压幅值时，系统电流超前电网电压值时，系统电流超前电网电压90运行，因此，运行，因此，SVG吸收超前的无功功率，起着电容器的作用。吸收超前的无功功率，起着电容器的作用。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-55(c)图：而当图：而当SVG输出电压的幅值小于系统电压输出电压的幅值小于系统电压幅值时，系统电流滞后电网电压幅值时，系统电流滞后电网电压90运行，运行，SVG吸收滞后的无功功率，起电抗器的作用。吸收滞后的无功功率，起电抗器的作用。脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-56补充补充22电力有源滤波器（电力有源滤波器（APFAPF）脉冲整流器2021-10-23脉冲

27、整流课件7-571 、下列关于脉冲整流器的说法是否正确？、下列关于脉冲整流器的说法是否正确？ 可四象限运行可四象限运行 功率因数高，可达到（接近）功率因数高，可达到（接近）1 一般采用相控工作方式一般采用相控工作方式 交流侧接电机负载交流侧接电机负载 可用于太阳能并网发电可用于太阳能并网发电 我国交流传动电力机车上采用三相脉冲整流我国交流传动电力机车上采用三相脉冲整流器器脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-582、右图为单相电压型脉冲整流器的相关波形，、右图为单相电压型脉冲整流器的相关波形，从这些波形可以看出此时脉冲整流器工作在：从这些波形可以看出此时脉冲整流器工作在： 整流工况整流

28、工况 逆变工况逆变工况 空载工况空载工况 脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-593 、下图为、下图为 脉冲整流器的电路框图脉冲整流器的电路框图（1）主电路中的桥臂是属于逆阻型桥臂还是属）主电路中的桥臂是属于逆阻型桥臂还是属于逆导型桥臂？于逆导型桥臂？（2）上下桥臂控制应遵循什么原则？）上下桥臂控制应遵循什么原则？（3）此电路的直流侧能否接电流型逆变器？）此电路的直流侧能否接电流型逆变器？（4）此电路的直流侧能否接蓄电池？）此电路的直流侧能否接蓄电池？ 脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-604、电压型脉冲整流器的直流侧电压必须满足什、电压型脉冲整流器的直流侧电压必须满足什

29、么条件整流器才能正常工作？么条件整流器才能正常工作？ 5、有一个交、有一个交直直交型交流传动系统，其电机交型交流传动系统，其电机侧逆变器采用三相电压型逆变器，其电源侧变流侧逆变器采用三相电压型逆变器，其电源侧变流器可采用？器可采用？ 单相电压型脉冲整流器单相电压型脉冲整流器 三相电压型脉冲整流器三相电压型脉冲整流器 单相电流型脉冲整流器单相电流型脉冲整流器 三相电流型脉冲整流器三相电流型脉冲整流器脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-616、单相电压型、单相电压型PWM整流器的的直流侧一般要加整流器的的直流侧一般要加LC滤波电路，该滤波电路是：滤波电路，该滤波电路是： 并联谐振电路，谐

30、振频率等于交流侧电网频率并联谐振电路，谐振频率等于交流侧电网频率 并联谐振电路，谐振频率等于交流侧电网频率并联谐振电路，谐振频率等于交流侧电网频率的的2倍倍 串联谐振电路，谐振频率等于交流侧电网频率串联谐振电路，谐振频率等于交流侧电网频率 串联谐振电路，谐振频率等于交流侧电网频率串联谐振电路，谐振频率等于交流侧电网频率的的2倍倍 脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件7-621、脉冲整流器又称为四象限变流器，它是一种以、脉冲整流器又称为四象限变流器，它是一种以脉宽控制（脉宽控制（PWM）方式工作的变流器，它既可）方式工作的变流器，它既可以工作在整流状态，也可以工作在有源逆变状以工作在整流状态，也可以工作在有源逆变状态。态。2、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：（1）功率因数高，交流侧）功率因数高，交流侧cos = =1；（2）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；（3）体积小、重量轻、动态响应快。）体积小、重量轻、动态响应快。 脉冲整流器2021-10-23脉冲整流课件