基于能量流向法判定整流工作状态和逆变工作状态

1、电气工程系电气工程系电气工程教研室电气工程教研室 重点和难点2、3、1.1. 交流电源发出和吸收能量的判定原则交流电源发出和吸收能量的判定原则 2.2. 交流电源发出能量交流电源发出能量(p=ui0)分两种情况分两种情况 3.3. 交流电源吸收能量交流电源吸收能量(p=ui0 0 交流交流电源发出能量电源发出能量2. p=ui2. p=ui0 0)分两种情况分两种情况 3.3. 交流电源吸收能量交流电源吸收能量(p=ui0)分两种情况分两种情况 A) u0, i0A) u0, i0 B) u0, i0B) u0, i0)分两种情况分两种情况 3.3. 交流电源吸收能量交流电源吸收能量(p=ui

2、0)分两种情况分两种情况 4.4. 能量流向与整流和逆变工作状态的关系能量流向与整流和逆变工作状态的关系 3.3.交流电源吸收能量交流电源吸收能量(p=ui0, i0 B) u0 1.1. 交流电源发出和吸收能量的判定原则交流电源发出和吸收能量的判定原则 2.2. 交流电源发出能量交流电源发出能量(p=ui0)分两种情况分两种情况 3.3. 交流电源吸收能量交流电源吸收能量(p=ui0 0 交流交流电源发出能量电源发出能量 工作在工作在 整流状态整流状态 能量流向与整流和逆变工作状态的关系能量流向与整流和逆变工作状态的关系 B）p=uip=ui0 00 分两种情况： A) u0, i0 p=u

3、ip=ui0 0 交流电源工作在正半轴 B) u0, i0 0 交流电源工作在负半轴 （参见下图所示两种情形）（参见下图所示两种情形） 2.1 单相单相PWM整流的工作过程整流的工作过程2.1单相单相PWM整流的工作过程整流的工作过程2、u0, i0时整流工作过程分析 交流电源工作在正半轴交流电源工作在正半轴 T1、T4不工作：截止状态 T2、T3工作：导通或截止状态 所以这时可分两种情形： 2.1 单相单相PWM整流的工作过程整流的工作过程 1）当T2、T3闭合时，参见下图的所示的能量流方向： 它们有两条导通路径，如红虚线和蓝虚线如示。2.1 单相单相PWM整流的工作过程整流的工作过程第一条

4、路径如下图所示：2.1 单相单相PWM整流的工作过程整流的工作过程第二条路径如下图所示： 2.1 单相单相PWM整流的工作过程整流的工作过程2）当T2、T3断开时，参见下图所示的能量流方向： 注意：此时电感两端极性发生了突变！注意：此时电感两端极性发生了突变！ 2.1 单相单相PWM整流的工作过程整流的工作过程如果忽略二极管D上的压降，则等效图是： 可以看出，此时的能量还是向直流侧流，不过是一个升压斩波过程。只有在T2和T3管关闭时才有能量输出到负载。2.1 单相单相PWM整流的工作过程整流的工作过程 小结：小结： 由T2、D1、Ls和T3、D4、Ls分别组成两个升压斩波（Boost）电路。以

5、第一个Boost电路为例，当T2导通时，电源us通过T2、D4向Ls中储能，当T2关断时，Ls中储存的能量通过D1、D4向直流侧电容充电。2.1 单相单相PWM整流的工作过程整流的工作过程 3、u0, i0us0相类似。相类似。2.1 单相单相PWM整流和逆变的工作过程整流和逆变的工作过程2.1 单相单相PWM整流的工作过程整流的工作过程2.2 单相单相PWM逆变的工作过程逆变的工作过程 2. 2 单相单相PWM逆变的工作过程逆变的工作过程单相单相PWM逆变图逆变图2. 2 单相单相PWM逆变的工作过程逆变的工作过程1 1、首先进行能量流向法基本分析：、首先进行能量流向法基本分析：逆流状态逆流

6、状态 直流电源侧发出能量到交流侧直流电源侧发出能量到交流侧 p=uip=ui0 0, i0, i0 p=ui p=ui0 0 交流电源工作在正半轴交流电源工作在正半轴 B) u0 B) u0 p=uip=ui0 0, i0, i0时逆变工作过时逆变工作过程分析程分析交流电源工作在正半轴交流电源工作在正半轴T2T2、T3T3不工作：截止状态不工作：截止状态T1T1、T4T4工作：导通或截止状态工作：导通或截止状态 所以这时可分两种情形：所以这时可分两种情形：2. 2 单相单相PWM逆变的工作过程逆变的工作过程1 1）当）当T1T1、T4T4闭合时，参见下图的所示的能量流方向：闭合时，参见下图的所

7、示的能量流方向： 注意：它们只有一条导通路径，如红虚线如示注意：它们只有一条导通路径，如红虚线如示2. 2 单相单相PWM逆变的工作过程逆变的工作过程2 2）当）当T1T1、T4T4断开时，参见下图所示的能量流方向：断开时，参见下图所示的能量流方向：注意：电感两端极性发生突变注意：电感两端极性发生突变2. 2 单相单相PWM逆变的工作过程逆变的工作过程小结：小结： 由由T1T1、T4T4、D2D2、D3D3共同组成一个共同组成一个降降压斩波压斩波BuckBuck电路电路，当当T1T1、T4T4导通时，导通时，直流侧通过直流侧通过T1T1、T4T4向电感向电感LsLs和电源和电源UsUs提供电能

8、，当提供电能，当T1T1、T4T4关断时，电感关断时，电感LsLs中的能量通过中的能量通过D2D2、D3D3向电源释放。向电源释放。 2. 2 单相单相PWM逆变的工作过程逆变的工作过程3 3、u0u0时整流工作过程时整流工作过程分析分析交流电源工作在负半轴交流电源工作在负半轴T1T1、T4T4不工作：截止状态不工作：截止状态T2T2、T3T3工作：导通或截止状工作：导通或截止状态态 所以这时也可分两种情形：所以这时也可分两种情形：2. 2 单相单相PWM逆变的工作过程逆变的工作过程1) 1) 当当T2T2、T3T3闭合（闭合（导通）导通）时，时，参见下图所示的能量流方向：参见下图所示的能量流

9、方向： 2. 2 单相单相PWM逆变的工作过程逆变的工作过程2) 2) 当当T2T2、T3T3断开（断开（截止）截止）时，时，参见下图所示的能量流方向：参见下图所示的能量流方向：电感两端极性发生突变电感两端极性发生突变2. 2 单相单相PWM逆变的工作过程逆变的工作过程小结：小结： 由由T2T2、T3T3、D1D1、D4D4共同组成一个共同组成一个降压斩波（降压斩波（BuckBuck）电路，其工作过电路，其工作过程同程同Us0Us0时相类时相类似。因为电路按似。因为电路按BuckBuck电路工作，电路工作，因此，工作时其因此，工作时其直流侧电压也必直流侧电压也必须大于交流输入须大于交流输入电压

10、的峰值。电压的峰值。 1、基本原理、基本原理2、单相、单相PWM整流和逆变的工作过程整流和逆变的工作过程3、相控整流和逆变的工作过程、相控整流和逆变的工作过程 3.相控整流和逆变的工作过程相控整流和逆变的工作过程基本分析基本分析相控型电路等效图相控型电路等效图 其中，其中，Ua表示交流侧电等效电源，表示交流侧电等效电源，Ub表示直流侧电源，表示直流侧电源，为了说明简便，在这里还忽略了所有电源的内阻。为了说明简便，在这里还忽略了所有电源的内阻。 3.相控整流和逆变的工作过程相控整流和逆变的工作过程 经以上等效后可以看出，因为二极管的单向导通经以上等效后可以看出，因为二极管的单向导通性，所以实现能

11、量流动和传递，相控型电路只能按下性，所以实现能量流动和传递，相控型电路只能按下图所示的方式进行。图所示的方式进行。 相控型电路等效图相控型电路等效图其中的虚线和箭头表示了其中的虚线和箭头表示了能量流动和传递的方向能量流动和传递的方向3.相控整流和逆变的工作过程相控整流和逆变的工作过程3.1相控整流的工作过程和条件相控整流的工作过程和条件3.2相控逆变的工作过程和条件相控逆变的工作过程和条件3.1相控整流的工作过程和条件相控整流的工作过程和条件整流状态整流状态交流电源发出能量到直流侧 工作在工作在p=uip=ui00状态。 故整流状态能量传递只能按如下图所示的两种方故整流状态能量传递只能按如下图

12、所示的两种方式进行。式进行。 3.1相控整流的工作过程和条件相控整流的工作过程和条件 可以看出懑足交流电源发出可以看出懑足交流电源发出p=ui0，只能是，只能是u0，i0 ,这种情况，这一点与这种情况，这一点与PWMPWM整流不同。即整流不同。即UaUa的控的控制角在制角在0 09090度的范围。度的范围。 3.相控整流和逆变的工作过程相控整流和逆变的工作过程3.1相控整流的工作过程和条件相控整流的工作过程和条件3.2相控逆变的工作过程和条件相控逆变的工作过程和条件3.2相控逆变的工作过程和条件相控逆变的工作过程和条件逆变状态逆变状态交流交流电源吸收能量工作在工作在 即即p=uip=ui090度。度。因为只有这时，才能得到负电压。因为只有这时，才能得到负电压。（3）UbUa 才能实现有才能实现有源逆变工作状态源逆变工作状态。 举例举例 三相半波有源逆变电路三相半波有源逆变电路 三相半波有源逆变电路及其波形三相半波有源逆变电路及其波形 图图5.7.3（a）为三相半波整流）为三相半波整流器带电动机负载时的电路器带电动机负载时的电路,并假设并假设负载电流连续。负载电流连续。 当当在在 范围内变化时，范围内变化时，变流器输出电压的瞬时