北京交通大学+电力电子技术+第07章+脉冲变流电路

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1、电力电子技术PowerElectronicsTechnologySpring2006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cosψ=±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

2、原理，当采用PWM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UN2、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

3、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１、基本结构单相电压型脉冲变流器主电路结构（IGBT）２、工作原理：通过对T1~T4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

4、是可控的３、相量方程４、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CD运动就可以使iN1与uN同相或反相５、基本电量关系：设uN(t)=UNmsinωNt，且忽略线路电阻整流工况：uS1(t)=US1msin(ωNt-φ)US1m=UNm/cosφIN1m=UNmtanφ/ωNLN逆变工况：uS1(t)=US1msin(ωNt+φ)US1m=UNm/cosφIN1m=UNmtanφ/ωNLN定义调制比（调制深度）：α=US1m/Ud二、变流器工作模式及能

5、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：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

6、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１、基本结构单相电流型脉冲变流器主电路结构（GTO）２、工作原理：通过对T1~T4进行PWM控制，使电网电流iN(t)与电网电压uN(t

7、)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)=UNmsinωNt，且忽略LN整流工况：iN1(t)=IN1msinωNtiP1(t)=IP1msin(ωNt-φ)IN1m=UNmωNCN/tanφIP1m=IN1m/cosφ逆变工况：iN1(t)=IN1msin(ωNt+π)iP1(t)=

8、IP1msin(ωNt+π-φ)IN1m=UNmωNCN/tanφIP1m=IN1m/cosφ定义调制比（调制深度）：α=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吸收能量（4种）（3）逆变：变流器向交流电源或CN泄放能量