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文档简介

1、电力电子技术 Power Electronics Technology,Spring 2006,电 气 工 程 学 院 陈 洛 忠,第七章 脉冲变流电路,本章内容,7.1 脉冲变流器的原理及分类 7.2 电压型脉冲变流器 7.3 电流型脉冲变流器 7.4 电流型与电压型脉冲变流器的性能比较,7 . 1 脉冲变流器的原理及分类,一、概述 脉冲变流器是一种以脉宽控制(PWM)方式工作的变流器,又称为四象限变流器 与相控变流器相比具有下列优点: 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 体积小、重量轻、动态响应快,二、脉冲变流器的基本思想,根据PWM逆变器的工作原理,当采用PW

2、M控制时,直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us 若在交流侧接电源uN和阻抗(电抗)LN,并控制us的频率与电源同频率则有:,如果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,二、分类:按直流侧的电压和电流情况分类,1、电压型脉冲变流器,特征:直流侧电压恒定 ,即:ud (t) = Ud ,并且 Ud UN,2、电流型脉冲变流器,特征:直流侧电流恒定 ,即:id (t) = Id ,并且 Id IN,支撑电容Cd:用于滤波,使直流侧电压恒定,二次滤波回路L2、C2:用于提供2次谐波电流通路,其谐振频率为基波频率的2倍,交流侧电感LN:用于限制交流侧谐波电

3、流,7 . 2 电压型脉冲变流器,一、单相电压型脉冲变流器的结构及工作原理,、基本结构,单相电压型脉冲变流器主电路结构(IGBT),、工作原理: 通过对T1T4进行PWM控制,使电网电流iN(t)与电网电压uN(t)保持同相(整流工况)或反相(逆变工况),同时使直流侧电压Ud恒定,单相电压型脉冲变流器主电路结构(GTO),假定电网电压是纯正弦电压,对于基波分量,在忽略线路电阻的条件下有:,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,、相量方程,、相量图,(a) 整流 (b) 逆变 (c) 整流、考虑线路电阻,在不同的负载电流下只要使us1相量端点轨迹沿直线

4、CD运动 就可以使iN1与uN同相或反相,、基本电量关系: 设uN(t)=UNmsinNt,且忽略线路电阻 整流工况: uS1(t)=US1msin(Nt-) US1m=UNm/cos IN1m=UNmtan/ NLN 逆变工况: uS1(t)=US1msin(Nt+) US1m=UNm/cos IN1m=UNmtan/ NLN 定义调制比(调制深度):=US1m/Ud,二、变流器工作模式及能流关系,根据各功率器件的工作状态及能量流向,变流器的工作模式可分成3类12种模式: (1)A、B短接(us=0):电源与LN交换能量(4种) (2)整流:变流器从交流电源或LN吸收能量(4种) (3)逆变

5、:变流器向交流电源或LN泄放能量(4种),变流器工作模式及能流关系 (网压 uN (t) 为正半波时),三、不同工况时uS、uN和iN 波形 整流(牵引),理想空载 逆变(再生),半导体器件中的电流波形 (a) 整流(牵引)工况,(b) 逆变(再生)工况,四、三相电压型脉冲变流器 主电路结构 工作原理 与单相脉冲变流器相同,五、电压型脉冲变流器的控制 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,直流平波电感Ld:用于滤波,使直流侧电流平直,二次滤波回路L2、C2:用于限制直流侧二次谐波

6、电流,其谐振频率为基波频率的2倍,交流侧电容CN:用于限制交 流侧谐波电流,交流侧电感LN: 电源变压器及线路上的分布电感。 (理论上并不需要),7 . 3 电流型脉冲变流器,、基本结构,单相电流型脉冲变流器主电路结构(GTO),、工作原理:通过对T1T4进行PWM控制,使电网电流iN(t)与电网电压uN(t)保持同相(整流工况)或反相(逆变工况),同时使直流侧电流Id恒定,假定电网电压是纯正弦电压,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iN1的幅值和相位也是可控的,3、相量方程,4、相量图 (a) 整流(牵引) (b) 逆变(再生),5、基本电量关系: 设uN(t)

7、=UNmsinNt,且忽略LN 整流工况: iN1(t)=IN1msinNt iP1(t)=IP1msin(Nt-) IN1m=UNm NCN /tan IP1m=IN1m/cos 逆变工况: iN1(t)=IN1msin(Nt+) iP1(t)=IP1msin(Nt+-) IN1m=UNm NCN /tan IP1m=IN1m/cos 定义调制比(调制深度):=IP1m/Id,二、变流器工作模式及能流关系,与电压型类似,根据各功率器件的工作状态及能量流向,变流器的工作模式也可分成3类12种模式: (1)变流器断开(ip=0):电源与CN交换能量(4种) (2)整流:变流器从交流电源或CN吸收

8、能量(4种) (3)逆变:变流器向交流电源或CN泄放能量(4种),三、三相电流型脉冲变流器(GTO),三、三相电流型脉冲变流器(续)(IGBT),7.4 电流型与电压型脉冲变流器的性能比较,相同之处: 两者的交流侧特性基本相同(电网电压与电网电流同相位) 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,都能减小谐波,减少对电网的污染,不同之处:,电压型 (1) Id方向可变,Ud方向不可变 (2) 必须采用“逆导型”桥臂,主管只承受正向电压 (3) 上、下桥臂主管换相顺序必须是先关断后开通,并且设置一个死区时间 ,避免上、下桥臂贯穿 短路,电流型 (1) Id方向不可变,Ud方向

9、可变 (2)必须采用“逆阻型”桥臂,主管必须能承受正、反向电压 (3) 相邻桥臂主管换相顺序必须是先开通后关断,避免大电感电路突然断开时产生过电压 ,防止击穿主管,(4)应用范围广,(4)电流响应速度快 (5)体积大,课 堂 思 考,1 、下列关于脉冲整流器的说法是否正确? 可四象限运行 功率因数高,可达到(接近)1 一般采用相控工作方式 交流侧接电机负载 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器,本章小结,1、脉冲整流器又称为四象限变流器,它是一种以脉宽控制(PWM)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态 2、脉冲整流器较之相控整流器的优点 3、电压型脉冲整流器的主电路结构、工作原理、相量方程、相量图、正常工作的条件 4、电流型脉冲整流器的主电路结构、工作原理、相量方程、相量图、正常工作的条件 5、电压型脉冲整流器与电流型脉冲整流器的特点比较,习 题,7-1 与相控整流器相比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(开关管为IGBT),写出其基波相量方程式,并分别画出整流、逆变和情况下的基波相量图(不考虑线路电阻)。 7-

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