pwm脉冲整流的学习教案

pwm脉冲整流的学习教案第1页/共43页2023/3/47-27.1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第2页/共43页2023/3/47-3脉冲变流器的基本思想基本原理理想情况下：第3页/共43页2023/3/47-4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

输出电流基本结构第4页/共43页2023/3/47-5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

输出电压基本结构第5页/共43页2023/3/47-67.2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）第6页/共43页2023/3/47-77.2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）第7页/共43页2023/3/47-8第8页/共43页2023/3/47-9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。第9页/共43页2023/3/47-10功率因数不等于1时的基波相量图

(a)整流

(b)逆变第10页/共43页2023/3/47-11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。第11页/共43页2023/3/47-12电量关系：

设uN(t)=UNmsinωNt，且忽略线路电阻整流工况：uS1(t)=US1msin(ωNt-φ) US1m=UNm/cosφ IN1m=UNmtanφ/ωNLN

逆变工况：uS1(t)=US1msin(ωNt+φ) US1m=UNm/cosφ IN1m=UNmtanφ/ωNLN

第12页/共43页2023/3/47-13基本能量关系（网压uN(t)为正半波时）第13页/共43页2023/3/47-14基本能量关系（网压uN(t)为正半波时）（续）第14页/共43页2023/3/47-15不同工况时uS、uN和iN波形分析整流（牵引）第15页/共43页2023/3/47-16逆变（再生）理想空载第16页/共43页2023/3/47-17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第17页/共43页2023/3/47-18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第18页/共43页2023/3/47-19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。第19页/共43页2023/3/47-20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φ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。第20页/共43页2023/3/47-217.3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）第21页/共43页2023/3/47-22三相电流型脉冲整流器主电路结构（IGBT）第22页/共43页2023/3/47-23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。第23页/共43页2023/3/47-24功率因数不等于1时的相量图

(a)整流（牵引）(b)逆变（再生）第24页/共43页2023/3/47-25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θ=00或

θ=1800就可以使iN1与uN1同相或反相。第25页/共43页2023/3/47-26电量关系：

设uN(t)=UnmsinωNt，且忽略LN整流工况：iN1(t)=IN1msinωNt iP1(t)=IP1msin(ωNt–φ) IN1m=UNmωNCN

/tanφ IP1m=IN1m/cosφ 逆变工况：iN1(t)=IN1msin(ωNt+π) iP1(t)=IP1msin(ωNt+π+φ) IN1m=UNmωNCN

/tanφ IP1m=IN1m/cosφ

第26页/共43页2023/3/47-27基本能量关系uN、

iN和iP波形第27页/共43页2023/3/47-28三相电流型脉冲整流器（GTO）第28页/共43页2023/3/47-29三相电流型脉冲整流器（IGBT）第29页/共43页2023/3/47-307.4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。

第30页/共43页2023/3/47-31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。第31页/共43页2023/3/47-327.5

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，TF1~TF4为辅管，它们与电容电感LC一起构成主管的强迫换流电路。第32页/共43页2023/3/47-33在电力机车上的应用（GTO、IGBT）第33页/共43页2023/3/47-347.5.2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。第34页/共43页2023/3/47-357.5.3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）第35页/共43页2023/3/47-367.5.4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。第36页/共43页2023/3/47-377.5.5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第37页/共43页2023/3/47-38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－系统复杂第38页/共43页2023/3/47-397.5.6电力储能系统超导线圈储能蓄电池储能电容储能第39页/共43页2023/3/47-40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

第40页/共43页2023/3/47-41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