两电平脉冲整流器主电路
脉冲整流器主电路及其控制(由于公式编辑器版本问题不能保存为PPT格式)
（5 - 11）
《电力牵引交流传动及其控制系统》
牵引工况
综上，得脉冲整流器的电压向量平衡方程：
《电力牵引交流传动及其控制系统》
把有关参数代入式（5 - 11），经简 化后可求得这种状态下的相应功率 为：
牵引工况
《电力牵引交流传动及其控制系统》
工作原理
牵引工况
再生制动 工况
《电力牵引交流传动及其控制系统》
脉冲整流器等效电路
由图可知： 二次牵引绕组电压 阻抗
阻抗角
《电力牵引交流传动及其控制系统》
脉冲整流器在能量变换过程中的功率关系：
牵引工况
由复功率的计算公式：
得脉冲整流器吸收的复功率为：
脉冲整流器向量图
《电力牵引交流传动及其控制系统》
交流电源提供的复功率为：
牵引工况
根据等号左右两边实部、虚部分别对应相等，则有：
1 2 3
引言
脉冲整流电路的等效电路模型 脉冲整流电路的工作原理
4
中间直流回路的功能与参数
小组分工
姓名 XXX XXX XXX XXX XXX 学号 2013 2013 2013 2013 2013 完成任务
查找资料、回答问题
查找资料、回答问题
PPT引言部分文字摘取、查找资料 制作PPT后12页、讲解 制作PPT前28页、PPT排版及动画、讲解
《电力牵引交流传动及其控制系统》
支撑电容器
在理想情况下，特别是负载完全是一个电阻时，是不需要 一个储能器的，流到负载上的是一个纯直流分量。 在实际情况中，由于以下原因，在中间直流电路中，我们 还需要添加一个由电容器构成额外的一个储能器。
原因如下:
（1）在脉宽调制过程中产生的与脉冲整流器，逆变器交换 无功功率和谐波功率。 （2）与异步电动机交换无功功率。 （3）中间直流电路存在线路阻抗，二次谐波电流不全部通 过串联谐振电路。支撑电容器还要与变压器漏电感交换无功 功率。
两电平脉冲整流器的工作原理
T3 on,T4 off T4 on,T3 off
4
工作模式1 (Sa=1，Sb=1)：
T1
T3 D1
i2 i1 D3
Ls Rs a
us
is uab
L2
b
Cd Udc
T2
T4 D2
D4 C2
i1
1
i2
Ls Rs a Sa
us
is
0 uab
L2
b
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 Sb
Cd Udc
0
C2
Load Load
开关管T1 (或D1) 和T3 (或D3)导通，T2 (或D2)和T4 (或D4) 关断，uab=0。如果网侧电压 us>0，则网流 is 增大，网侧 电源us给电感Ls充电，直流侧电容Cd 将对负载放电.
7
工作模式4 (Sa=0，Sb=0)：
T1
D1 T3
i2 i1 D3
Ls Rs
us
is
a uab
L2
b
Cd Udc
T2
T4
C2
D2
D4
i2 i1
1
us
Ls Rs a Sa
is
0
L2
uab
b
1 Sb
Cd Udc
0
C2
Load Load
开关管T2(或D2) 和T4 (或D4)导通，T1 (或D1)和T3 (或D3) 关断，uab=0。如果网侧电压 us>0，则网流 is 增大，网侧 电源us给电感Ls充电，直流侧电容Cd 将对负载放电。
一 二 牵引逆变器工作原理及其控制 3三 异步牵引电机控制
1.1 脉冲整流器概述 1.2 两电平脉冲整流器的工作原理分析
三相两电平的整流
三相两电平的整流三相两电平整流是一种常用的电力电子转换技术，广泛应用于工业和家庭电气设备中。
本文将对三相两电平整流的原理、特点和应用进行详细介绍。
一、三相两电平整流原理三相两电平整流是指通过将三相交流电转换为两个固定电平的直流电。
其原理是利用三相桥式整流电路对三相交流电进行整流，通过控制开关管的导通和截止，使得输出电压在两个电平之间切换。
在正半周，三相桥整流电路的两个开关管导通，交流电通过，输出电压为正电平；在负半周，另外两个开关管导通，交流电通过，输出电压为负电平。
通过不断切换，整流电路输出的电压在两个电平之间变化，实现了对交流电的整流。
二、三相两电平整流特点1. 输出电压稳定：三相两电平整流输出电压为两个固定电平，在电源电压和负载电流变化时，输出电压仍能保持稳定。
2. 效率高：由于整流电路中开关管的导通和截止控制，能够减少功率损耗，提高整流效率。
3. 适用范围广：三相两电平整流技术适用于各种功率和频率的交流电源，并且可以满足不同负载的需求。
4. 控制灵活：通过控制开关管的导通和截止，可以实现对输出电压的调节和控制，满足不同应用的需求。
5. 结构简单：三相两电平整流电路结构简单，可靠性高，维护成本低。
三、三相两电平整流应用1. 工业领域：三相两电平整流广泛应用于工业领域的电力电子设备中，如电机驱动、变频器、电焊机等。
由于整流电路输出电压稳定，能够提供稳定的电源给工业设备，保证其正常运行。
2. 家庭电器：三相两电平整流技术也应用于家庭电器中，如电视机、空调等。
通过整流电路将交流电转换为直流电，保证电器的正常工作。
3. 可再生能源：随着可再生能源的发展，如风能、太阳能等，三相两电平整流技术也得到了广泛应用。
通过整流电路将可再生能源转换为直流电，进一步储存和利用。
三相两电平整流是一种常用的电力电子转换技术，具有输出电压稳定、效率高、适用范围广等特点。
它在工业和家庭电气设备中有着广泛的应用，为各行各业提供稳定可靠的电源。
平脉冲整流器主电路
平脉冲整流器输出的直流电压具有平稳的波形，且脉动较小，适用于需要平滑 直流电源的场合。
电路组成
输入滤波器
整流器的谐 波分量，提高电源质量。
由开关管、二极管、电 感和电容等元件组成， 实现交流到直流的转换。
用于减小输出电压的脉 动，提高输出电压的稳
平脉冲整流器主电路
目 录
• 平脉冲整流器概述 • 主电路设计 • 平脉冲整流器性能分析 • 平脉冲整流器实验与测试 • 平脉冲整流器应用案例
01 平脉冲整流器概述
工作原理
整流器工作原理
平脉冲整流器通过控制开关的通断，将交流电转换为直流电。在正向周期内， 开关导通，电流通过整流器；在反向周期内，开关截止，电流被切断。
02
整流桥的常见类型有半波整流桥和全波整流桥，根 据应用需求选择合适的整流桥。
03
整流桥的选择需要考虑电压、电流和功率等参数， 以确保整流器能够满足实际需求。
输出滤波器
输出滤波器的主要作用是滤除整流器输出端的谐 波和噪声，提高输出电压的稳定性。
常见的输出滤波器有电感输出滤波器和电容输出 滤波器两种，根据应用需求选择合适的滤波器。
03
以确保整流器的安全可靠运行。
03 平脉冲整流器性能分析
电压特性
输入电压范围
平脉冲整流器的输入电压范围较宽，能够适应不 同的电源电压，确保稳定的整流效果。
输出电压调节
平脉冲整流器具有输出电压调节功能，可以根据 负载需求调整输出电压，保持输出电压的稳定。
电压波形质量
平脉冲整流器能够改善电压波形的质量，减小谐 波失真，提高输出电压的纯净度。
电流特性
01
02
03
负载电流
平脉冲整流器能够承受较 大的负载电流，满足高功 率应用的需求。
两电平和三电平脉冲整流器的比较
.两电平与三电平的脉冲波形比较电牵二班组员：杨洋20121550曾绍桓 20121543徐刚堂 20121544代思瑶 20121565黄异彩 20121569赵杰 20121571.两电平与三电平的脉冲波形比较我国引进的时速 200 公里动力分散型交流传动动车组中,CRHI、CRHS动车组主电路均采用了两电平全桥整流电路。
为了降低开关管的电压应力和改善PWM 整流器网侧输出波形 ,CRHZ动车组采用了二极管箱位三电平PWM整流器电路结构。
下面主要对这两种电路拓扑的工作原理及数学模型进行分析和研究。
1.1 两电平整流器原理与数学模型单相电压型两电平 Pwm整流器主电路如图 2 一 1 所示 , 网侧漏感 L 二起传递和储存能量 , 抑制高次谐波的作用 ; 支撑电容 Cd 起抑制高次谐波 , 减少直流电压纹波的作用 ; 电感 LZ 和电容 CZ形成串联谐振电路 , 用于滤除电网的 2 次谐波分量。
把开关器件 ( 这里采用 IGBT)视为理想开关元件 , 定义理想开关函数 S, 和 S,, 从而得到如图2 一 2 所示简化等效电路。
两电平 PWM脉冲整流电路两电平 PWM整流器等效电路由于上桥臂与下桥臂不能够出现直通, 则 S1a与 S2a、S1b与 S2 b不能同时导通和关断驱动信号应该互补。
整流器网侧输入端电压 Uab 取值有 Udc、、U三,PWM0 -dc 种电平 , 有效的开关组合有 22 =4 种 , 即 S,S,=00 、01、10、11 四种逻辑 , 则 PWM整流器输入端电压 U有如下关系 :.U ab =（ S A S B） U dc则由式 (2 一 2), 系统的瞬时等值电路如图2一3所示瞬时等值电路由图 2- 3 可见 , 通过不同的控制方法适当调节“ U ab的大小和相位,就能控制输入电流的相位以控制系统功率因数; 同时控制输入电流的大小以控制传入功率变换的能量, 也就控制了直流侧输出电压。
两电平PWM 整流器的调制策略研究(周宏)
两电平PWM 整流器的调制策略研究摘要：众所周知，在传统的整流电路中，晶闸管可控整流装置的功率因数会随着其触角的增加而变坏，这不但使得电力电子类装置成为电网中的主要谐波因素，也增加了电网中无功功率的消耗无论是不控整流电路，还是相控整流电路，功率因数低都是难以克服的缺点。
PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路。
可以最大克服功率因数低，谐波多等问题。
本文详细分析单相电压型PWM整流电路的工作原理和工作模式，说明通过对PWM电路进行控制，选择合适的工作模式和工作时序，可使PWM整流电路的输出直流电压得到有效的稳定。
同时也调节了交流侧电流的大小和相位，实现能量在交流侧和直流侧的双向流动，并使变流装置获得良好的功率因数。
同时通过对输出电压的波形进行实验仿真分析，通过FFT工具对输出电压波形的谐波含量进行分析，以达到最优输出波形。
最后建立其Matlab的仿真模型，验证了设计的正确性。
关键词：单相电压型PWM；整流；功率因数；Matlab仿真；直流侧，第一章绪论1.1 概述PWM调制是现代发展起来的一项技术，早工程上主要有滞环比较法和三角波比较法，较之后者，滞环比较控制的硬件电路简单，属于实时控制，电流响应快对负载的适应性强，由于不需要载波，所以输出电压不含特定频率的谐波分量PWM整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路，能有效地解决传统整流电路存在的问题。
通过对PWM整流电路进行有效的控制，选择合适的工作模式和工作时序，从而调节了交流侧电流的大小和相位，使之接近正弦波并与电网电压同相或反相，不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题，同时也使得变流装置获得良好的功率因数。
1.2 研究意义及背景在所有的静止电力变换电路中，整流电路是最早出现的，常用的整流电路拓扑结构早在二、三十年代使用汞弧整流器时就已成熟[1]-[4]。
除直接使用直流电源的设备外，大部分DC/AC和DC/DC装置的输入直流电压是经不控或相控整流得到的，故整流电路的应用也最广。
两电平PWM-整流器的调制策略研究(周宏)
两电平PWM-整流器的调制策略研究(周宏)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：两电平PWM 整流器的调制策略研究摘要：众所周知，在传统的整流电路中，晶闸管可控整流装置的功率因数会随着其触角的增加而变坏，这不但使得电力电子类装置成为电网中的主要谐波因素，也增加了电网中无功功率的消耗无论是不控整流电路，还是相控整流电路，功率因数低都是难以克服的缺点。
PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路。
可以最大克服功率因数低，谐波多等问题。
本文详细分析单相电压型PWM整流电路的工作原理和工作模式，说明通过对PWM电路进行控制，选择合适的工作模式和工作时序，可使PWM整流电路的输出直流电压得到有效的稳定。
同时也调节了交流侧电流的大小和相位，实现能量在交流侧和直流侧的双向流动，并使变流装置获得良好的功率因数。
同时通过对输出电压的波形进行实验仿真分析，通过FFT工具对输出电压波形的谐波含量进行分析，以达到最优输出波形。
最后建立其Matlab的仿真模型，验证了设计的正确性。
关键词：单相电压型PWM；整流；功率因数；Matlab仿真；直流侧，第一章绪论1.1 概述PWM调制是现代发展起来的一项技术，早工程上主要有滞环比较法和三角波比较法，较之后者，滞环比较控制的硬件电路简单，属于实时控制，电流响应快对负载的适应性强，由于不需要载波，所以输出电压不含特定频率的谐波分量PWM整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路，能有效地解决传统整流电路存在的问题。
通过对PWM整流电路进行有效的控制，选择合适的工作模式和工作时序，从而调节了交流侧电流的大小和相位，使之接近正弦波并与电网电压同相或反相，不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题，同时也使得变流装置获得良好的功率因数。
1.2 研究意义及背景在所有的静止电力变换电路中，整流电路是最早出现的，常用的整流电路拓扑结构早在二、三十年代使用汞弧整流器时就已成熟[1]-[4]。
两电平脉冲整流器主电路
当ura uz时，S A 1,否则S A 0 当urb uz时，SB 1,否则SB 0
u u ra 和 rb 相位相差
180
u z 为三角载波
PWM整流技术在CRH的运用
在国产CRH系列和谐号动车上，都是用了PWM整流技术，在所用的整 流电路有区别，也使得PWM控制存在差异。
uN
iN
0
0 0
0 0
0
uab 0
Ud
Ud
0
Ud
Ud
0
Ud
Ud
0
Ud
Ud
u LN UN UN Ud
UN Ud
UN UN Ud
UN Ud
UN
UN Ud
UN Ud UN
UN Ud
UN Ud
导通的器iN件 的变化
D1T3 / T2 D4
D1D4
T3T2
T1D3 / D2T4
引言
在交流传动电力机车和动车组上，脉冲整流器是列车牵引传动系统中 的网侧变流器。网侧脉冲整流器能够保持中间直流电路电压恒定，方 便地实现牵引和再生工况，并且保持电网基波功率因素接近1，减轻 对电网环境的电磁干扰。
在列车牵引时起整流作用，将单相交流转变成直流电；再生制动时起 逆变作用，将直流电转变成单相交流电回馈给牵引供电电网。
LN ——牵引绕组漏电感 R N ——牵引绕组漏电阻 T1~4 ——开关管
L 2 、C 2 ——二次滤波器
Cd ——中间直流侧支撑电容
一个理想的脉冲整流器，一方面需要为直流侧提供平直稳定的直流电压或电流，另一方面 只从交流电网吸取有功功率。原理上讲，这种装置可以提供一个无储能部分的变流器和一 个分离的储能器。
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0
Ud
Ud
UN U N Ud
U N Ud
电源短接
反馈
LN u N
T1T4
D2 D3
直流侧 uN LN
LN uN 直流侧
LN u N
0
0 0
0
Ud
Ud
UN
U N Ud
D1T3 / T2 D4
D1 D4
U N Ud
整流
电源短接
c
a, b
Thanks!
制作：杜思思 20137831 讲解：胡延鑫 20137830
解答：樊柯 20137834
张乐 姚博
20137833 20137832
尧思文 20137835
两电平脉冲整流器的 工作原理
由于上桥臂与下桥臂不能够出现直通,则Sa1与Sa2、SB1与SB2不能同时导通和关断,驱动信号应该相 01、10、11四种逻辑,则PWM整流器输入端电压Uab有如下关系: Uab=(SA - SB )Ud
反。PWM整流器网侧输入端电压Uab取值有Ud、0、-Ud三种电平,有效的开关组合有22=4种,即SA,SB,=00、
相位相差
当urb uz时，S B 1, 否则S B 0
uz
为三角载波
PWM整流技术在CRH的运用
在国产 CRH 系列和谐号动车上，都是用了 PWM 整流技术，在所用的整 流电路有区别，也使得PWM控制存在差异。 在这些和谐号动车中，CRH1、CRH3和CRH5型车采用的是两电平四象 限脉冲整流器，则PWM调制使用的是双极性PWM；而CRH2型车采用三电 平四象限脉冲整流器，采用的调制时单极性PWM。
在交流传动电力机车和动车组上，脉冲整流器是列车牵引传动系统 中的网侧变流器。网侧脉冲整流器能够保持中间直流电路电压恒定， 方便地实现牵引和再生工况，并且保持电网基波功率因素接近1，减 轻对电网环境的电磁干扰。 在列车牵引时起整流作用，将单相交流转变成直流电；再生制动时 起逆变作用，将直流电转变成单相交流电回馈给牵引供电电网。 由于其可以工作在电压和电流坐标平面的四个象限，因此亦称为四 象限整流器。 由于当前牵引传动系统中基本采用PWM技术控制整流器，因此又称为 脉冲整流器。
我们小组针对两电平脉冲整流器提出并讲解的问题如下：
两电平脉冲整流器的结构
1
两电平脉冲整流器的工作原理
2
两电平脉冲整流器的SPWM调制原理
3
两电平脉冲整流器的 主电路的结构
LN
——牵引绕组漏电感
——牵引绕组漏电阻
RN
T1~4
Cd
——开关管
——二次滤波器
L 2 、 C2
——中间直流侧支撑电容
一个理想的脉冲整流器，一方面需要为直流侧提供平直稳定的直流电压或电流，另一方面只 从交流电网吸取有功功率。原理上讲，这种装置可以提供一个无储能部分的变流器和一个分 离的储能器。
d
d
整流
反馈
T3T2
T1D3 / D2T4
uN LN 直流侧 直流侧 uN LN
u N LN
c
a, b
Ud
Ud
0
UN
U N Ud
电源短接
反馈
U N Ud
T1T4
D2 D3
uN 直流侧 LN uN LN 直流侧
d
整流
c
两电平脉冲整流器的 SPWM调制原理
SPWM的调制原理： 用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM波形即SPWM波形控制逆变电路 中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的 面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。 两电平脉冲整流器的SPWM调制原理： 采用三角载波与调制波相比较，生成PWM脉冲信号来等效正弦的调制波。
2）UN 0和i N
0时，D3和T1导通或T4和D2导通，LN向绕组充电， i N幅值减小， LN释放能量
工作模式2： 1）u 2）
N
u ab
0和iN 0时，T2和T3导通，绕组和直流侧电 容都向LN 充电，iN幅值增大， LN 储存能量
di N U d , 此时关系式满足 LN uN U d dt
当调制波大于三角载波时，输出高电平PWM驱动信号，对应的开关器件导通，反之，则 使开关器件关断。
在实际应用中，一般采用对称的采样规则来计算导通或关断的时间，并将其赋给DSP中 事件管理器EVA（或EVB）的比较寄存器。
当ura uz时，S A 1, 否则S A 0
ura
180
和
urb
N
uab
Байду номын сангаас
0和iN 0时，D1和D4导通，绕组和 LN向直流侧电容充电， iN幅值减小， LN 释放能量
di N U d，此时满足关系式 LN uN U d dt
N
0和iN 0时，T1和T4导通，直流侧电容向绕 组和LN 充电，iN幅值增大， LN 储存能量
uN
iN
0 0
uN 0和iN 0时，D2和D3导通，LN向绕组和直流侧电容充 电，iN幅值减小， LN 释放能量
电感所释放的能量，导致电感的电流下降，一方面给电容
充电，使得直流电压上升，
保证直流电压稳定，同时高次谐波电流通过电容形成低阻 抗回路；另一方面，给负载提供恒定的电流。
工作模式3： 1） u 2） u
0
uab 0
Ud
Ud
u LN UN U N Ud
U N Ud
iN的变化 导通的器件
D1T3 / T2 D4 D1 D4 T3T2
T1D3 / D2T4
工作状态 电源短接
能量传送
u N LN
等效电路
a, b
d
整流
反馈
uN LN 直流侧
uN 直流侧 LN
c
a, b
di N U N LN dt
工作模式1： U
ab
0 ，电容Cd 向负载供电，直流电压通过负载形成回路释放能量，直流电压下降，牵引绕组两端
电压 U N直接加在电感 LN上，对电感进行充放电。
LN充电，iN幅值增大， LN储存能量 1） UN 0和iN 0时，D1和T3导通或T2和D4导通，绕组向