1、7.27.2 電壓型脈沖變流器電壓型脈沖變流器7.37.3 電流型脈沖變流器電流型脈沖變流器7.4 7.4 電流型脈沖變流器與電壓型脈沖變流電流型脈沖變流器與電壓型脈沖變流 器的性能特點比較器的性能特點比較7.5 7.5 脈沖變流器的應(yīng)用脈沖變流器的應(yīng)用一、概述一、概述脈沖變流器是一種以脈寬控制（脈沖變流器是一種以脈寬控制（PWM）方式工）方式工作的變流器，又稱為四象限變流器作的變流器，又稱為四象限變流器與相控變流器相比具有下列優(yōu)點：與相控變流器相比具有下列優(yōu)點：v功率因數(shù)高，可達(dá)到功率因數(shù)高，可達(dá)到1；v諧波含量低，減少對電網(wǎng)污染；諧波含量低，減少對電網(wǎng)污染；v體積小、重量輕、動態(tài)響應(yīng)快。體

2、積小、重量輕、動態(tài)響應(yīng)快。 理想情況下：理想情況下：tUtuNNsin2)(tItiNNsin2)()()(tPtPdN)2cos1 ()()()(tIUtitutPNNNNN)()()(titutPddd控制目標(biāo)：使交流側(cè)電控制目標(biāo)：使交流側(cè)電流與電壓同相位流與電壓同相位輸入功率PN(t)以2倍于電網(wǎng)頻率脈動三、分類：三、分類：按直流側(cè)的電壓和電流情況按直流側(cè)的電壓和電流情況分類分類 21、電壓型脈沖變流器、電壓型脈沖變流器 （1）特征：特征：直流側(cè)電壓恒定直流側(cè)電壓恒定 ，即：，即：ud (t) = Ud ，并且，并且 Ud UN（2）直流輸出電流：輸出電流：)2cos1 ()()()()

3、(tUUItututitidNNdNNd直流輸出電流直流輸出電流id(t)以以2倍于電網(wǎng)頻率脈動倍于電網(wǎng)頻率脈動（3）基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)支稱電容支稱電容Cd： 用于濾波，使直用于濾波，使直流側(cè)電壓恒定。流側(cè)電壓恒定。二次濾波回路二次濾波回路L2、C2： 用于提供用于提供2次諧波電流通路，其諧振頻率為基波頻率次諧波電流通路，其諧振頻率為基波頻率的的2倍。倍。交流側(cè)電感交流側(cè)電感LN： 用于限制交流側(cè)諧波電流。用于限制交流側(cè)諧波電流。22、電流型脈沖變流器、電流型脈沖變流器 （1）特征：特征：直流側(cè)電流恒定直流側(cè)電流恒定 ，即：，即：id (t) = Id ，并且，并且 Id IN（2）直流輸出電壓

4、：輸出電壓：)2cos1 ()()()()(tIUItitutitudNNdNNd直流輸出電壓直流輸出電壓ud(t)以以2倍于電網(wǎng)頻率脈動倍于電網(wǎng)頻率脈動（3）基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)直流平波電感直流平波電感Ld： 用于濾波，使直用于濾波，使直流側(cè)電流平直。流側(cè)電流平直。二次濾波回路二次濾波回路L2、C2： 用于限制直流側(cè)二次諧波電壓，其諧振頻率為基波用于限制直流側(cè)二次諧波電壓，其諧振頻率為基波頻率的頻率的2倍。倍。交流側(cè)電容交流側(cè)電容CN： 用于限制交流側(cè)諧波電流。用于限制交流側(cè)諧波電流。交流側(cè)電感交流側(cè)電感LN： 電源變壓器及線路上的分布電感。電源變壓器及線路上的分布電感。 （理論上并不需要）（理

5、論上并不需要）7.17.1 脈沖變流器的原理及分類脈沖變流器的原理及分類7.37.3 電流型脈沖變流器電流型脈沖變流器7.4 7.4 電流型脈沖變流器與電壓型脈沖變流電流型脈沖變流器與電壓型脈沖變流器的性能特點比較器的性能特點比較7.5 7.5 脈沖變流器的應(yīng)用脈沖變流器的應(yīng)用 單相電壓型脈沖變流器主電路結(jié)構(gòu)（單相電壓型脈沖變流器主電路結(jié)構(gòu)（IGBT） 單相電壓型脈沖變流器主電路結(jié)構(gòu)（單相電壓型脈沖變流器主電路結(jié)構(gòu)（GTO）一、主要方程式及相量圖一、主要方程式及相量圖11NNsNIUULjN 假定電網(wǎng)電壓是純正弦電壓，對于基波分假定電網(wǎng)電壓是純正弦電壓，對于基波分量，在忽略線路電阻的條件下量，

6、在忽略線路電阻的條件下 在在PWM控制方式下控制方式下us1的幅值和相位均可控的幅值和相位均可控 ，因，因此此iN1的幅值和相位也是可控的幅值和相位也是可控 的。的。1、相量方程、相量方程 (a) 整流整流 (b) 逆變逆變 (c) 整流、考慮線路電阻整流、考慮線路電阻 在不同的負(fù)載電流下只要使在不同的負(fù)載電流下只要使us1相量端點軌跡沿直線相量端點軌跡沿直線CD運動運動 就可以使就可以使iN1與與uN同相或反相。同相或反相。3、基本電量關(guān)系：、基本電量關(guān)系： 設(shè)設(shè)u uN N(t)=U(t)=UNmNmsinsinN Nt t，且忽略，且忽略線路電阻線路電阻整流工況：整流工況： uS1(t)

7、=US1msin(Nt-) US1m=UNm/cos IN1mN1m=U UNmNmtan / NLN逆變工況：逆變工況： uS1(t)=US1msin(Nt+) US1m=UNm/cos IN1mN1m=U UNmNmtan / NLN定義調(diào)制比（調(diào)制深度）：定義調(diào)制比（調(diào)制深度）：=US1m/Ud二、變流器工作模式及能流關(guān)系二、變流器工作模式及能流關(guān)系根據(jù)各功率器件的工作狀態(tài)及能量流向，變流器的工根據(jù)各功率器件的工作狀態(tài)及能量流向，變流器的工作模式可分成作模式可分成3類類12種模式：種模式：（1）電源斷接（）電源斷接（us=0）：電源與）：電源與LN交換能量（交換能量（4種）種）（2）整流

8、：變流器從交流電源或）整流：變流器從交流電源或LN吸收能量（吸收能量（4種）種）（3）逆變：變流器向交流電源或）逆變：變流器向交流電源或LN泄放能量（泄放能量（4種）種）變流器工作模式及能流關(guān)系變流器工作模式及能流關(guān)系（網(wǎng)壓（網(wǎng)壓 uN (t) 為正半波時）為正半波時）變流器工作模式及能流關(guān)系變流器工作模式及能流關(guān)系（網(wǎng)壓（網(wǎng)壓 uN (t) 為正半波時）為正半波時）三、不同工況時三、不同工況時 uS、uN 和和 i iN 波形波形整流（牽引）整流（牽引） 理想空載理想空載 逆變（再生）逆變（再生）四、三相電壓型脈沖變流器四、三相電壓型脈沖變流器主電路結(jié)構(gòu)主電路結(jié)構(gòu)工作原理工作原理 與單相脈沖

9、變流器相同與單相脈沖變流器相同五、電壓型脈沖變流器的控制五、電壓型脈沖變流器的控制被控量被控量vUd：要求：要求Ud基本保持恒定基本保持恒定vi iN：要求：要求i iN與與uN保持同相或反相保持同相或反相控制方法控制方法v直接電流控制直接電流控制 ：引入交流電流反饋：引入交流電流反饋 v間接電流控制間接電流控制 ：沒有引入交流電流反饋：沒有引入交流電流反饋 1、直接電流控制、直接電流控制電流跟蹤控制電流跟蹤控制v雙閉環(huán)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)v根據(jù)外環(huán)的比較結(jié)果確定參考電流幅值和極性根據(jù)外環(huán)的比較結(jié)果確定參考電流幅值和極性v根據(jù)內(nèi)環(huán)的比較結(jié)果確定功率開關(guān)的通根據(jù)內(nèi)環(huán)的比較結(jié)果確定功率開關(guān)的通/

10、斷狀態(tài)斷狀態(tài)v 特點：特點：控制系統(tǒng)簡單；控制系統(tǒng)簡單；電流響應(yīng)快；電流響應(yīng)快；開關(guān)頻率不固定，開關(guān)頻率不固定，濾波困難。濾波困難。2、間接電流控制、間接電流控制相位和幅值控制相位和幅值控制v單閉環(huán)單閉環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)v電壓環(huán)的比較結(jié)果確定參考電流幅值和極性電壓環(huán)的比較結(jié)果確定參考電流幅值和極性v根據(jù)相量關(guān)系計算出根據(jù)相量關(guān)系計算出us 的相位的相位和幅值和幅值US1mv通過通過PWM控制確定功率開關(guān)的通控制確定功率開關(guān)的通/斷狀態(tài)斷狀態(tài)v 特點：特點：開關(guān)頻率固定，開關(guān)頻率固定，濾波容易；濾波容易；電流響應(yīng)較慢；電流響應(yīng)較慢；控制效果與參控制效果與參數(shù)（數(shù)（L）的計）的計算精度有關(guān)。算精度

11、有關(guān)。7.17.1 脈沖變流器的原理及分類脈沖變流器的原理及分類7.27.2 電壓型脈沖變流器電壓型脈沖變流器7.4 7.4 電流型脈沖變流器與電壓型脈沖變流電流型脈沖變流器與電壓型脈沖變流器器 的性能特點比較的性能特點比較7.5 7.5 脈沖變流器的應(yīng)用脈沖變流器的應(yīng)用 單相電流型脈沖變流器主電路結(jié)構(gòu)（單相電流型脈沖變流器主電路結(jié)構(gòu)（GTO） 三相電流型脈沖變流器主電路結(jié)構(gòu)（三相電流型脈沖變流器主電路結(jié)構(gòu)（IGBT）一、主要方程式及相量圖一、主要方程式及相量圖 假定電網(wǎng)電壓是純正弦電壓，對于基波分量假定電網(wǎng)電壓是純正弦電壓，對于基波分量 在在PWM控制方式下控制方式下iP1的幅值和相位均可控

12、的幅值和相位均可控 ，因，因此此iN1的幅值和相位也是可控的幅值和相位也是可控 的。的。1、相量方程、相量方程 1PNNNNIUICj2、相量圖、相量圖(a) 整流（牽引）整流（牽引） (b) 逆變（再生）逆變（再生）3、基本電量關(guān)系：、基本電量關(guān)系： 設(shè)設(shè)u uN N(t)=U(t)=UNmNmsinsinN Nt t，且忽略，且忽略LN整流工況：整流工況： i iN1(t)=IN1msinNt i iP1(t)=IP1msin(Nt-) IN1m=UNm NCN /tan IP1mP1m=I IN1mN1m/cos 逆變工況：逆變工況： i iN1(t)=IN1msin(Nt+) i iP

13、1(t)=IP1msin(Nt+-) IN1m=UNm NCN /tan IP1mP1m=I IN1mN1m/cos 定義調(diào)制比（調(diào)制深度）：定義調(diào)制比（調(diào)制深度）：=IP1m/Id二、變流器工作模式及能流關(guān)系二、變流器工作模式及能流關(guān)系與電壓型類似，根據(jù)各功率器件的工作狀態(tài)及能量流與電壓型類似，根據(jù)各功率器件的工作狀態(tài)及能量流向，變流器的工作模式也可分成向，變流器的工作模式也可分成3類類12種模式：種模式：（1）電源斷接（）電源斷接（us=0）：電源與）：電源與CN交換能量（交換能量（4種）種）（2）整流：變流器從交流電源或）整流：變流器從交流電源或CN吸收能量（吸收能量（4種）種）（3）逆

14、變：變流器向交流電源或）逆變：變流器向交流電源或CN泄放能量（泄放能量（4種）種）三、不同工況時三、不同工況時 uN 、 i iN 和和i iP波形波形四、三相電流型脈沖變流器（四、三相電流型脈沖變流器（GTO）四、三相電流型脈沖變流器四、三相電流型脈沖變流器（續(xù)）（續(xù)）（IGBT）7.17.1 脈沖變流器的原理及分類脈沖變流器的原理及分類7.27.2 電壓型脈沖變流器電壓型脈沖變流器7.37.3 電流型脈沖變流器電流型脈沖變流器7.5 7.5 脈沖變流器的應(yīng)用脈沖變流器的應(yīng)用 相同之處：相同之處：兩者的交流側(cè)輸出特性基本相同；兩者的交流側(cè)輸出特性基本相同；都能都能 實現(xiàn)四象限運行；實現(xiàn)四象限

15、運行；與晶閘管相控整流電路相比都能與晶閘管相控整流電路相比都能 提高功率因數(shù)；提高功率因數(shù)；都能減少諧波，減少對電網(wǎng)的污染都能減少諧波，減少對電網(wǎng)的污染 。 不同之處：不同之處：電壓型電壓型(1) Id方向可變，方向可變，Ud方向不方向不可變；可變；(2) 必須要有反向電流通路，必須要有反向電流通路，主管只需承受正向電壓；主管只需承受正向電壓；(3) 上、下橋臂主管換相順上、下橋臂主管換相順序必須是先關(guān)斷后開通，并序必須是先關(guān)斷后開通，并且設(shè)置一個死區(qū)時間且設(shè)置一個死區(qū)時間 ，避，避免上、下橋臂貫穿免上、下橋臂貫穿 短路。短路。電流型電流型(1) Id方向不可變，方向不可變，Ud方向方向可變；可變；(2) 不能有反向電流通路，不能有反向電流通路，主管必須能承受正、反向電主管必須能承受正、反向電壓；壓；(3) 相鄰橋臂主管換相順序相鄰橋臂主管換相順序必須是先開通后關(guān)斷，避免必須是先開通后關(guān)斷，避免大電感電路突然斷開時產(chǎn)生大電感電路突然斷開時產(chǎn)生過電壓過電壓 ，防止擊穿主管，防止擊穿主管 。7.17.1 脈沖變流器的原理及分類脈沖變流器的