脈沖整流器主電路及其控制(由于公式編輯器版本問題不能保存為PPT格式)課件

第五章脈沖整流器主電路及其控制5.1脈沖整流器概述5.4中間直流回路的功能與參數(shù)主講人石凌風(fēng)楊桂芳5.1.1引言5.1.2脈沖整流電路的等效電路模型5.1.3脈沖整流電路的工作原理——牽引工況5.1.3脈沖整流電路的工作原理——再生制動(dòng)工況5.4中間直流回路的功能與參數(shù)5.4.1串聯(lián)諧振電路5.4.2支撐電容器引言1脈沖整流電路的等效電路模型2脈沖整流電路的工作原理3中間直流回路的功能與參數(shù)4引言

Ⅰ交流傳動(dòng)電力機(jī)車和動(dòng)車組中所用牽引變流器主要由四象限脈沖整流器和牽引逆變器組成。脈沖整流器是列車牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中的網(wǎng)側(cè)變流器。脈沖整流器：目前牽引變流器均采用PWM控制技術(shù)，因此也稱其為PWM整流器。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為兩電平和三電平兩大類。脈沖整流器具有多種類型結(jié)構(gòu)，大致如下圖所示（見下頁）引言

Ⅱ但我們基本上就把它們分為電流型和電壓型，因?yàn)樗鼈兙哂懈髯员容^獨(dú)立的特點(diǎn)，并且這兩者在電路上存在對(duì)偶性。（詳見下圖電容和電感的串并聯(lián)）引言

Ⅲ網(wǎng)側(cè)變流器：⑴在列車牽引時(shí)起整流作用，將牽引供電網(wǎng)上單相交流電轉(zhuǎn)變成機(jī)車使用的直流電；再生制動(dòng)時(shí)是其逆過程。⑵定義：①由于其可以工作在電壓、電流坐標(biāo)平面的四個(gè)象限，因此亦稱為四象限整流器。②由于當(dāng)前牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中基本采用PWM技術(shù)控制整流器，因此又稱之為脈沖整流器。引言

Ⅳ

波形畸變是由電力系統(tǒng)中的非線性設(shè)備引起的，流過非線性設(shè)備的電流和加在其上的電壓不成比例關(guān)系。引言

Ⅴ

引言

Ⅵ結(jié)論⑴在電力牽引系統(tǒng)中四象限脈沖整流器取代了其它各種交-直變流器，主要在于它徹底地、全面地解決了電力牽引設(shè)備對(duì)于功率因素、等效干擾電流、優(yōu)化粘著利用和再生制動(dòng)能力方面的特殊而苛刻的要求。

⑵相對(duì)于傳統(tǒng)整流器，PWM整流方式有效的減少了整流環(huán)節(jié)對(duì)于“電網(wǎng)”的諧波污染，對(duì)于鐵道電氣化的發(fā)展具有重大意義。CRH5牽引變流器外觀四象限脈沖整流器的安裝位置示意圖CRH5型電力機(jī)車對(duì)于脈沖整流器的應(yīng)用介紹引言1脈沖整流電路的等效電路模型2脈沖整流電路的工作原理3中間直流回路的功能與參數(shù)4脈沖整流電路的等效電路模型前言⒈一個(gè)理想的脈沖整流器，需要滿足：

⑴在保證電源電流不發(fā)生畸變，并與電源電壓保持同相位的同時(shí)，其輸出端能提供恒定平整的直流電壓。⑵僅從交流電網(wǎng)吸取有功功率。原理上這種裝置可以由一個(gè)無儲(chǔ)能部分的變流器和一個(gè)分離的儲(chǔ)能器組成。⒉為了使?fàn)恳╇娋W(wǎng)中保持較好的功率因數(shù)的同時(shí)獲得平整的直流量，脈沖整流器的變比必須能夠通過調(diào)制技術(shù)隨時(shí)加以改變。⒊通過不同的方法能夠使脈沖整流器的變比逼近所希望的曲線：有級(jí)變換、頻繁變換（脈寬調(diào)制）。脈沖整流電路的等效電路模型脈沖整流器電路原理圖

脈沖整流電路的等效電路模型脈沖整流器等效理想電路模型脈沖整流電路的等效電路模型

脈沖整流電路的等效電路模型

脈沖整流電路的等效電路模型

脈沖整流電路的等效電路模型

以上推導(dǎo)結(jié)果顯示：⑴儲(chǔ)能器所接受的電流是正弦型，其頻率為供電頻率的兩倍。⑵儲(chǔ)能器上的電壓是一個(gè)純直流電壓。脈沖整流電路的等效電路模型脈沖整流電路的等效電路模型

引言1脈沖整流電路的等效電路模型2脈沖整流電路的工作原理3中間直流回路的功能與參數(shù)4再生制動(dòng)工況牽引工況工作原理脈沖整流電路的工作原理——牽引工況脈沖整流器等效電路由圖可知：

二次牽引繞組電壓

阻抗

阻抗角

脈沖整流器向量圖脈沖整流器在能量變換過程中的功率關(guān)系：

由復(fù)功率的計(jì)算公式：得脈沖整流器吸收的復(fù)功率為：

牽引工況牽引工況交流電源提供的復(fù)功率為：

根據(jù)等號(hào)左右兩邊實(shí)部、虛部分別對(duì)應(yīng)相等，則有：

（5-11）

牽引工況

綜上，得脈沖整流器的電壓向量平衡方程：牽引工況把有關(guān)參數(shù)代入式（5-11），經(jīng)簡(jiǎn)化后可求得這種狀態(tài)下的相應(yīng)功率為：

再生制動(dòng)工況牽引工況工作原理脈沖整流電路的工作原理——再生制動(dòng)工況脈沖整流器等效電路再生制動(dòng)工況Ud--------直流側(cè)電壓m---------整流器的調(diào)制深度，亦稱調(diào)制比K---------短路阻抗的標(biāo)幺值，一般取0.3—0.35（5-12）再生制動(dòng)工況

（5-13）再生制動(dòng)工況再生制動(dòng)工況調(diào)制深度m由圖5—6可知，如果保持與同方向，即位移因數(shù)為，則隨負(fù)載電流變化。（1）時(shí)，

，這時(shí)調(diào)制深度m最小

即（2）m的最大值取決于開關(guān)器件的開關(guān)頻率，開通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。引言1脈沖整流電路的等效電路模型2脈沖整流電路的工作原理3中間直流回路的功能與參數(shù)4定義：在交-直-交變流器中，儲(chǔ)能回路是作為網(wǎng)側(cè)變流器的四象限脈沖整流器和負(fù)載側(cè)變流器的逆變器之間的連接紐帶。在電壓型脈沖整流器中，中間直流回路有兩個(gè)部分組成：

一個(gè)是相應(yīng)于兩倍電網(wǎng)頻率的串聯(lián)諧振電路；

一個(gè)是支撐電容器。串聯(lián)諧振電路假設(shè)

,且基波功率因數(shù)λ=1交流電源提供的瞬時(shí)無功功率為

---------恒定分量

---------兩倍電源頻率脈動(dòng)的交變分量變壓器漏電抗上的瞬時(shí)無功功率為

脈沖整流器輸入瞬時(shí)無功功率為

=-

-

脈沖整流器輸出電流可根據(jù)整流器為無損耗和無儲(chǔ)能器件的簡(jiǎn)化假設(shè)，由以下功率平衡關(guān)系求得。則再次證實(shí)了脈沖整流器的輸出電流包含兩個(gè)重要的分量：一個(gè)直流分量和一個(gè)兩倍于供電頻率的交流分量。

脈沖整流器輸出的瞬時(shí)功率為

=--結(jié)論（1）脈沖整流器的輸出電流包含兩個(gè)重要的分量：流過諧振電路的二次諧波交流分量；流入負(fù)載的直流分量。（2）兩倍網(wǎng)頻的串諧電路的無功功率來自于漏電抗的功率交換，因此電路的瞬時(shí)功率的脈動(dòng)分量也被降低了。（3）此處串聯(lián)諧振電路一般采用可變電容器和可變電阻的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，可變電容用來平衡漏電抗，可變電阻用來適配阻抗以輸出最大功率。支撐電容器在理想情況下，特別是負(fù)載完全是一個(gè)電阻時(shí)，是不需要一個(gè)儲(chǔ)能器的，流到負(fù)載上的是一個(gè)純直流分量。在實(shí)際情況中，由于以下原因，在中間直流電路中，我們還需要添加一個(gè)由電容器構(gòu)成額外的一個(gè)儲(chǔ)能器。原因如下:（1）在脈寬調(diào)制過程中產(chǎn)生的與脈沖整流器，逆變器交換無功功率和諧波功率。（2）與異步電動(dòng)機(jī)交換無功功率。（3）中間直流電路存在線路阻抗，二次諧波電流不全部通過串聯(lián)諧振電路。支撐電容器還要與變壓器漏電感交換無功功率。（4）支撐中間直流回路電壓，保持穩(wěn)定，防止出現(xiàn)較大電壓波動(dòng)。（Q值過大）選取支撐電容器目前還沒有簡(jiǎn)單的方法，并且還要用一些準(zhǔn)則來判斷經(jīng)驗(yàn)取值的正確性注意：在牽引應(yīng)用中，如果沒有正確選擇中間回路電容器的值，高頻電流可能引起對(duì)通信和信號(hào)系統(tǒng)的電磁干擾。引言1脈沖整流電路的等效電路模型2脈