四象限整流
四象限脉冲整流器IGBT开路故障检测
四象限脉冲整流器IGBT开路故障检测韩红彬;丁丽娜【摘要】四象限脉冲整流器广泛应用于电力牵引传动系统.IGBT是脉冲整流器的核心器件,易发生故障,对其开路故障检测进行了研究.首先分析了脉冲整流器IGBT 开路故障下的特征.然后用网侧电流平均值除以电流绝对值的平均值,设为检测变量,对各功率等级、各故障下的检测变量进行分析,总结出设置阈值的方法;最后通过硬件在环仿真验证了检测方法的有效性.%Four-quadrant pulse converters were widely applied in electric traction drive systems.IGBT was the core device of the four-quadrant pulse converter,which was prone to fail.IGBT open-circuit fault detection for fourquadrant pulse converters wasstudied.Firstly,the characteristics of the open-circuit faults were analyzed.Then the average value of the grid current was divided by the average value of the current's absolute value as the detection variable.The detection variable under different power level and each fault was analyzed and the threshold was decided by the detection variable with rated power.Finally,the effectiveness of the detection method was verified by hardwarein-the-loop simulation.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)008【总页数】4页(P95-98)【关键词】故障检测;IGBT;开路故障;四象限脉冲整流器【作者】韩红彬;丁丽娜【作者单位】中车大连电力牵引研发中心有限公司,辽宁大连116052;大连海洋大学信息工程学院,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】TM921.45四象限脉冲整流器能输出稳定的直流电压，且网侧电流正弦度较高，能实现近似单位功率因数，因此被广泛应用于电力牵引传动系统[1-4]。
四象限脉冲整流器的一种控制方法与仿真
四象限脉冲整流器的一种控制方法与仿真No.O1.2011北京电力高等专科学校BeijingElectricPowerCollege电子,通信与自动控制固四象限脉冲整流器的一种控制方法与仿真朱闻名贺升学(西南交通大学电气工程学院,四川成都610031)摘要:本文主要简述两重四象限整流技术的特点,主电路拓扑结构及数学模型.通过采用瞬态电流控制方法来减少整流器网侧谐波量提高交流侧电压电流的功率因数,输出稳定的直流电压,并通过仿真进行验证关键词:两重四象限整流器;瞬态电流控制;仿真中图分类号:TM92'文献标识码:A一,两重四象限整流器的工作原理与数学模型两重四象限整流技术就是将两个两电平四象限整流器并联起来共同给直流负载供电的技术.两重四象限整流技术是2个4QC并联为直流负载供电,中间电容部分存储能量,输出平滑的直流电压,当其中一个整流器出现故障时,另一个仍可以继续工作,这大大提高了系统直流供电质量与可靠性.'(一)四象限整流器的结构与原理图1为四象限整流器电路图….其中LN与RN为折合到二次侧的牵引变压器的漏感和电阻,L与C为二次滤波回路,cd为支撑电容.通过对开关进行导通与关断对直流侧电压进行调制,这样在变流器的输入端生成一个与电网电压同步的脉宽调制波,由四象限整流器等效图,可以得出等效的平衡式:N:jmLNINRNINUs当一定,的幅值和相位由的幅值及其与的相位差来决定,脉冲整流器可以工作在牵引与再生制动两种工况.由公式看出:只要控制了的幅值和相位,就控制了的幅值和相位.二,整流器的控制方法对于四象限电压型整流器,控制方法有间接电流控制和直接电流控制.间接电流控制没有电流反馈回路,结构虽然简单,但是不能很好的使电流跟踪电压,效果不是很理想.直接电流控制应用比较多,尤其瞬态电流控制方法目前广泛应用在动车组变流器,效果优势明显,控制结构相对简单.(一)瞬态电流控制的原理瞬态电流控制公式如下:,M=(乙一Ua)+I/T一I:iJd}UNIN=1+I(,)=o'._(,v风sinta+oosca)sinca-6Xt)其中K1和T为调节器参数;K为比例放大系数;Ia,u一分别为中间直流环节电流和中间直流环节电压;u(t),U为二次侧电压瞬时值和有效值;U为中间直流环节电压的给定值.(二)瞬态电流控制框图图2为瞬态电流的控制框图,通过比较运算后最终输出参考电压,并与三角载波比较生成P_lI『M信号驱动开关.8图2为瞬态电流控制框图三,仿真分析(一)仿真模型根据整流结构搭建MATLAB/SIMULINK仿真模型,模型包括变压器二术.文章编号:1009-0118(2011)一O1—0008一O1次侧漏感和电阻,单相两点平整流模块,滤波电路,支撑电容,阻性负载及瞬态电流控制模块.(三)仿真结果分析通过使用瞬态电流控制策略对两重四象限整流器进行仿真,主要对交流侧功率因数,整流器输入电压及直流侧电压和电流等进行仿真分析.直流电压给定值为3000V,交流输入电流为2500V,采用离散方式,两个整流器的控制模块中,采用三角载波,将两载波的相位差调整为90度.l,交流侧电压与电流交济洌电流具有稳定值,且能稳定迅速地跟随电压,保持着高的功率因数. 2,整流器输入端电压输入端电压在短时间内呈现为一系列的正弦脉冲波,且幅值基本稳定,基本符合整流器电压输入要求.3,直流侧电压与电流西3为直流负载电流～一～,图4为直流侧负载电压从图3,图4看出,直流侧电压与电流能迅速稳定,直流侧直流电压给定值为3000V,从图4看出,直流电压值保持在3000V左右,为逆变器与电机提供了稳定的电源.四,结束语本文主要讲述了动车组两重四象限整流器的结构,原理,并通过使用瞬态电流控制法对整流器进行了仿真控制.从仿真结果看对整流器的控制效果比较满意,功率因数接近1,直流侧电压稳定在额定值,是两重四象限整流器一种理想的控制方法.目前,两重四象限整流技术已经用于高速列车变流器中,但是本文将逆变与电机部分理想等效为了电阻负载,与实际的控制效果还有一定的差距,还需要更接近实际的仿真研究.参考文献:f1]李伟,张黎.交一直一交传动系统网侧变流器预测电流控制方法的计算机仿真及实现中国铁道科学,2002,23,(6).f2]邹仁.四象限变流器瞬态电流控制的仿真研究Ⅱ].机车电传动,2003,(6).[31章志兵,张志学.单相三电平整流器控制方法及中点平衡的研究Ⅱ】.机车电传,2008,(4).[4]宋文胜,刘志敏,冯晓云.四象限变流器控制策略研究与仿真Ⅱ】.电力机车与城轨车辆,2007,30,(2].作者简介:朱闻名(1984一),男,汉族,湖南常德人,西南交通大学电气工程学院硕士,电力电子与电力传动专业,研究方向:电力电子变流技..。
四象限变频器的工作原理
四象限变频器的工作原理四象限变频器是一种控制交流电机转速的装置。
在工业应用中，交流电机是最常见的电动机类型。
交流电机的转速受到电压频率和电压幅值的控制。
变频器在控制电机的转速时，可以通过在变频器内部改变电压频率和幅值来实现。
四象限变频器的组成部分包括整流器，中间直流连接器和逆变器。
整流器将交流电源转换为直流电源，中间直流连接器使逆变器能够通过改变电压频率和幅值控制电机的转速。
逆变器负责监测和控制电机的状态，根据需要改变电压幅值和频率，以达到所需的电机速度和负载要求。
下面详细介绍四象限变频器的工作原理。
整流器整流器的作用是将输入的交流电转换成直流电源，这个部分常常被称为前置整流器。
整流器由一个或多个晶体管、二极管或模块组成，具体数量取决于半导体技术和所需容量。
整流器的设计是为了确保电路内没有与电网共享的直接电流通路，以确保输入端和输出端之间的电气隔离。
当电机处于常规运行时，整流器从电网中接受两个阻抗分别为R1和X1并且转化成直流电压Vdc。
相反，当电机产生电势并将其充回变频器时，整流器将直流电压转化为直流电流并输回电网。
中间直流连接器直流中间连接器主要是用来提供直流电源。
直流中间连接器包含两个反向平衡电容器，它们通过一个直流电容电桥连接在一起，在电设备输出端上产生了直流电源供应。
由于电容值非常小且无法容纳持续电流，常常需要在直流电源的旁边加上大容量直流电容器。
因为中间直流连接器是整个系统的关键部分之一，所以常常配备故障检测功能，以确保电容器能够正常工作并检测到异常情况。
逆变器逆变器是变频器中最重要的部分之一。
它负责控制变频器的输出频率和电压。
根据控制电机速度的要求，逆变器可以产生可变输出频率和提供可变电压大小。
变频器将直流中间连接器输出的直流电转换为交流电，并通过控制开关管的开关时间来实现交流电压幅值的改变。
控制交流电压幅值的方法通常是采用PWM脉宽调制技术。
逆变器是变频器中进行难度最大、最复杂设计的部分之一。
四象限变流器工作原理
四象限变流器工作原理1.引言1.1 概述四象限变流器是一种重要的电力电子器件，它能够实现直流电到交流电的转换。
其工作原理基于电力电子技术和控制理论，通过控制开关器件的通断，将直流电源经过逆变和变换，输出所需的交流电信号。
四象限变流器的主要特点是能够实现四个不同象限的电流、电压和功率输出。
这四个象限分别代表着正向和反向的电流、电压以及功率输出，在不同工作条件下可以根据需求进行切换。
这一特性使得四象限变流器在电力电子领域中具有广泛的应用空间。
四象限变流器的工作过程可以简要描述为：首先，通过电流传感器和电压传感器，监测输入直流电源的电流和电压信号。
然后，经过电压和电流的控制算法，得出需要输出的交流电信号的波形和频率。
接下来，利用开关器件进行逆变和变压，将直流电源的能量转换为交流电源的能量。
最后，输出所需的交流电信号，供给给定的负载使用。
四象限变流器的工作原理可以应用在多个领域，如电机控制、电力系统调节等。
其在电机控制领域中的应用特别广泛，能够实现电机的正向和反向转动，控制电机的转速和负载特性。
在电力系统调节方面，四象限变流器可以对电网进行有源功率调节，实现对电网的无功功率补偿和电压调节。
总之，四象限变流器通过控制电流和电压的方向和大小，实现了直流到交流的转换，具有广泛的应用前景。
在未来的发展中，随着对电能质量和能源管理的要求越来越高，四象限变流器将会得到更多的应用和研究。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将分为三个主要部分来介绍四象限变流器的工作原理。
第一部分是引言部分，其中包括概述、文章结构和目的。
首先，我们将简要概述四象限变流器的基本概念，介绍其在电力电子领域中的重要性。
接着，我们将说明本文的结构，即将分为引言、正文和结论三个主要章节。
最后，我们将阐明本文的主要目的，即为读者提供关于四象限变流器工作原理的详细解释。
第二部分是正文部分，其中包括四象限变流器的基本原理和工作过程。
一种基于四象限整流的列供系统的优化设计方法
Power Electronics •电力电子Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 227【关键词】列供系统 四象限整流 电流波动仿真1 四象限整流的列供系统列车供电系统主要功能是将铁路电网上的高压单相交流电经过机车内的变压器降压，再通过整流系统转换为直流600V 的电源，用于给客车车厢的用电设备供电，主要包括客车的空调，暖气，生活用电，照明，插头等。
目前，机车上的列供控制系统主要采用相控整流的方式，只要适当控制晶闸管触发导通瞬间的相位角，就能够控制直流输出电压的平均值，达到整流的目的。
有些机车上，已经开始逐步应用四象限整流技术进行列供系统的控制。
四象限整流是采用PWM 控制方式和IGBT 全控型器件组成的整流电路，通过对整流电路进行控制，使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压相位相同，保证列供的功率因数近似为1。
四象限整流控制采用外环电压环和内环电流环的双闭环控制方式，电压控制器的输出是电流控制器的输入指令。
该指令与电网电压的整流信号相乘作为电流给定。
由于电流给定是与电网电压信号波形成比例的，所以电流给定信号和输入电压同相位。
相控整流使用的是半控型器件，而四象限整流使用的是全控型器件，因此相控整流只需控制好导通时的相位即可，控制相对简单，但也正因为这样，达不到对电流的控制，导致原边电流畸变严重，而四象限整流通过对全控型器件施加PWM 脉冲，利用电压与电流的双闭环负反馈策略，能够很好地控制电流畸变，达到很好的功率因数。
2 输出滤波的优化选型设计采用四象限整流控制的列供系统，在实际运行过程中，空载运行时电压工作正常，但一种基于四象限整流的列供系统的优化设计方法文/李东带上实际的车厢负载后，启动空调等用电设备后，输出电流的波动较大，分析客车内的电路，发现客车的负载为了保证输入电源的品质，在空调逆变器之前加入了电容用于平波，而正常的列供电路输出侧也有大电容，就会造成两个电容间形成回路，不停地进行充放电，形成二次脉动，导致输出电流和电压都存在一个100Hz 的波动。
什么是四象限变频器四象限变频器的工作原理是什么有哪些优点
什么是四象限变频器四象限变频器的工作原理是什么有哪些优点四象限变频器是一种电动机驱动装置，被广泛应用于工业领域，用于控制电动机的转速和转矩。
它通过调节输入频率和输入电压来改变电动机的转速和转矩。
四象限变频器的工作原理与传统的变频器有所不同，它可以在正转和反转、正转和反转停止四个象限中自由切换。
四象限变频器的工作原理可以简单地概括为以下几个步骤：1.输入电源：将电源接入四象限变频器的输入端。
2.整流：将输入的交流电转换为直流电，以供后续使用。
3.滤波：通过使用电容器和电感器对直流电进行滤波，以获得稳定的直流电。
4.逆变：将滤波后的直流电转换为调节频率和电压的变流。
通常采用的是PWM技术，即将电源转化为高频脉冲信号，然后通过控制脉冲宽度来实现对输出电压和频率的调节。
5.输出电源：将经过逆变的电流送入电动机，以驱动电动机的转动。
四象限变频器相较于传统的变频器具有以下优点：1.正转和反转切换：四象限变频器可以实现电动机的正转和反转的自由切换，同时能够在两种模式之间平稳过渡，不会造成机械冲击。
2.反向制动：四象限变频器能够通过调整输出频率和电压实现电动机的制动功能，使得电动机能够在制动过程中回馈电力，达到节能、减少热损耗的效果。
3.提高控制精度：四象限变频器能够通过精确控制输出频率和电压来实现电动机的精细调节，提高了控制精度和系统的稳定性。
4.调速范围广：四象限变频器能够实现很宽的调速范围，能够满足不同工况下对电动机的需求。
5.节省能源：四象限变频器通过调整电动机的工作频率和电压，使得电动机能够在有效的工作区间内工作，节约能源。
6.软启动和停机：通过四象限变频器可以实现电动机的软启动和软停机，避免了传统启动和停机时电机高电流的冲击，延长了电动机的使用寿命。
总之，四象限变频器是一种在电动机驱动领域应用广泛的设备，具有正转和反转切换、反向制动、提高控制精度、调速范围广、节省能源、软启动和停机等优点。
它在工业自动化、机床、船舶、石油、化工等领域发挥着重要的作用，并为生产和能源节约做出了贡献。
一种基于四象限整流的列供系统的优化设计方法
一种基于四象限整流的列供系统的优化设计方法随着电力需求的不断增长，现代电力系统对电网的可靠性和稳定性提出了更高的要求。
列供系统作为一种常用的电力供电系统，具有面积小、结构简单、运行可靠等优点，但传统的列供系统存在整流器效率低、功率因数低等问题。
为了提高列供系统的效率和稳定性，本文提出了一种基于四象限整流的列供系统的优化设计方法。
首先，介绍四象限整流器的原理。
四象限整流器是一种可以实现正、负、零交流电压下的正、负、零直流输出的整流器。
在列供系统中，采用四象限整流器可以实现输入电压的全波整流和功率因数校正，提高系统的效率和稳定性。
其次，分析列供系统的工作原理和结构。
列供系统主要由输入端的变压器、整流器、电容滤波器和输出端的逆变器组成。
其中，整流器起到将交流电压转换为直流电压的作用，而电容滤波器可以平滑输出电压波形，逆变器将直流电压转换为交流电压输出。
通过对列供系统的结构和工作原理进行分析，可以确定优化设计的方向和目标。
然后，提出基于四象限整流的列供系统的优化设计方法。
优化设计的目标是提高系统的功率因数、效率和稳定性。
首先，在整流器的选择上，采用四象限整流器代替传统的整流器，可以实现最大限度的功率因数校正和效率提升。
其次，在电容滤波器的选择上，合理设计电容滤波器的参数，可以有效地平滑输出电压波形，减小谐波含量，提高系统的稳定性。
最后，在逆变器的选择上，选择高效率、高可靠性的逆变器，可以提高系统的效率和可靠性。
最后，通过仿真和实验验证优化设计的效果。
通过建立列供系统的仿真模型，比较传统设计和优化设计的性能指标，如功率因数、效率和稳定性。
同时，搭建实验平台，进行实际列供系统的性能测试，验证优化设计方法的有效性。
通过仿真和实验结果的对比分析，可以证明基于四象限整流的列供系统的优化设计方法的可行性和有效性。
综上所述，基于四象限整流的列供系统的优化设计方法能够提高系统的功率因数、效率和稳定性，对于提高电力系统的可靠性和稳定性具有重要意义。
电压型四象限pwm整流器设计与实现
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
论文搭建了电压型四象限 PWM 整流器实验平台，对主电路参数进行了分析和 设计，基于 TMS320F28035 主控芯片完成了控制系统的硬件电路设计和软件编程。 对实验平台进行了大量实验研究，测试了系统的稳态、动态性能。实验结果表明系 统在整流、逆变状态下均能稳定运行且性能良好，验证了系统设计的正确性。 关键词： 四象限 PWM 整流器，单位功率因数，电压空间矢量，锁相环
In this thesis, the topological structure and the working principle of the voltage-source four-quadrant PWM rectifier are analyzed. The mathematical model of the system is established based on coordinate transformation and feedforward decoupling method. Then, the principle of space vector PWM modulation method and the conversion method of current are analyzed. The dual-loop control strategy of the system and the parameters of PI controller are designed. The phase-locked loop technology is introduced, and several different synchronization methods of voltage and current are compared with simulation.
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就是全控型晶闸管的整流电路，现在一般用水冷的IGBT.组成的整流电路，它可以调节电压和电流，所谓的四象限就是u+，i+，为第一象限。
u-，i+.,为第二象限，u-，i-，为第三象限，u+，i-，为第四象限，（u是电压，i是电流）。
四象限变流器说白了就是，机车在牵引状态下为整流器，在电制动状态下为逆变器（再生制动），在两种不同的状态下，IGBT可以使电压与电流在四个象限内，根据需要调节，所以叫做四象限变流器。
说成四象限整流器不合适（也许是英文翻译并非专业人员），交流变直流叫整流器，直流变交流叫逆变器，以上两种功能都有的应该叫变流器更为贴切。
推荐大家看一下关于电力机车牵引与控制方面的书籍，一般都有四象限脉冲整流电路的详细介绍。
并不是三楼所说的全控晶闸管整流！如果把整流电路的电压电流表示在十字坐标系里，大家就可以知道什么是“四象限”了。