基于能量流向法判定整流工作状态和逆变工作状态

2. 2 单相PWM逆变的工作过程
2）当T1、T4断开时，参见下图所示的能量流方向： 注意：电感两端极性发生突变
2. 2 单相PWM逆变的工作过程
小结： 由T1、T4、D2、 D3共同组成一个降 压斩波Buck电路， 当T1、T4导通时， 直流侧通过T1、T4 向电感Ls和电源Us 提供电能，当T1、 T4关断时，电感Ls 中的能量通过D2、 D3向电源释放。
2.1 单相PWM整流的工作过程
如果忽略二极管D上的压降，则等效图是：
可以看出，此时的能量还是向直流侧流，不过是 一个升压斩波过程。只有在T2和T3管关闭时才有能量 输出到负载。
2.1 单相PWM整流的工作过程
小结： 由T2、D1、Ls和T3、D4、Ls分别组成两个 升压斩波（Boost）电路。以第一个Boost电路 为例，当 T2 导通时，电源 us 通过 T2 、 D4 向 Ls 中储能，当T2关断时，Ls中储存的能量通过 D1、D4向直流侧电容充电。
电气工程系 电气工程教研室
教案编写：
授课教师：
肖强晖
廖无限
廖无限
现代电力电子技术
Modern Power Electronics
基于能量流向法 判定整流工作状态和逆变工作状态
重点和难点
1、能量流向法基本原理 2、用能量流向法判定—— 单相PWM整流和逆变的工作过程 3、用能量流向法判定—— 相控整流和逆变的工作过程
举例 三相半波有源逆变电路
1、工作原理
图5.7.3（a ）为三相半波整流 器带电动机负载时的电路 , 并假设 负载电流连续。
当α 在 范围内变化时， 变流器输出电压的瞬时值在整个 周期内虽然有正有负或者全部为 负，但负的面积总是大于正的面 积，故输出电压的平均值 Ud 为负 值。电机E的极性具备有源逆变的 条件。 当α 在范围 内变化且 E＞Ud时，可以实现有源逆变。
2) 当T2、T3断开（截止）时，参见下图所示的能量流方向： 电感两端极性发生突变
2. 2 单相PWM逆变的工作过程
小结： 由 T2 、 T3 、 D1 、 D4共同组成一个 降压斩波（ Buck ） 电路，其工作过 程同 Us>0 时相类 似。因为电路按 Buck 电路工作， 因此，工作时其 直流侧电压也必 须大于交流输入 电压的峰值。
经以上等效后可以看出，因为二极管的单向导通 性，所以实现能量流动和传递，相控型电路只能按下 图所示的方式进行。
相控型电路等效图
其中的虚线和箭头表示了能量流动和传递的方向
3.相控整流和逆变的工作过程
3.1相控整流的工作过程和条件
3.2相控逆变的工作过程和条件
3.1相控整流的工作过程和条件
整流状态→交流电源发出能量到直流侧 →工作在p=ui>0状态。
三相半波有源逆变电路及其波形
小 结
1、主要讲述了能量流向法基本原理 2、用能量流向法判定—— 单相PWM整流和逆变的工作过程 3、用能量流向法判定—— 相控整流和逆变的工作过程
作 业
1、用能量流向法分析单相PWM整流过程。 2、用能量流向法分析单相PWM逆变过程。 3 、试举例说明相控整流的条件。各有什 么特点？ 4 、简述相控逆变的条件。如何实现这些 条件？ 为什么要定这些条件？
基于能量流向法 判定整流工作状态和逆变工作状态
1、基本原理 2、单相PWM整流和逆变的工作过程 3、相控整流和逆变的工作过程
3.相控整流和逆变的工作过程
基本分析
相控型电路等效图
其中，Ua表示交流侧电等效电源，Ub表示直流侧电源， 为了说明简便，在这里还忽略了所有电源的内阻。
3.相控整流和逆变的工作过程
2. 2 单相PWM逆变的工作过程
3 、 u<0, i>0 时整流工作过程 分析 交流电源工作在负半轴 T1、T4不工作：截止状态 T2 、 T3 工作：导通或截止状 态
所以这时也可分两种情形：
2. 2 单相PWM逆变的工作过程
1) 当T2、T3闭合（导通）时，参见下图所示的能量பைடு நூலகம்方向：
2. 2 单相PWM逆变的工作过程
2.1 单相PWM整流的工作过程 2.2 单相PWM逆变的工作过程
2. 2 单相PWM逆变的工作过程
单相PWM逆变图
2. 2 单相PWM逆变的工作过程
1、首先进行能量流向法基本分析：
逆流状态 → 直流电源侧发出能量到交流侧 → p=ui<0
也分两种情况：
A) u>0, i<0 → p=ui<0 →交流电源工作在正半轴 B) u<0, i>0 → p=ui<0 →交流电源工作在负半轴
1. 交流电源发出和吸收能量的判定原则 2. 交流电源发出能量(p=ui>0)分两种情况 3. 交流电源吸收能量(p=ui<0)分两种情况 4. 能量流向与整流和逆变工作状态的关系
3.交流电源吸收能量(p=ui<0)分两种情况
• A) u>0, i<0 • B) u<0, i>0
基本原理
1. 交流电源发出和吸收能量的判定原则 2. 交流电源发出能量(p=ui>0)分两种情况 3. 交流电源吸收能量(p=ui<0)分两种情况 4. 能量流向与整流和逆变工作状态的关系
可以看出，能量还是交流向直流侧流，不过是一 个升压斩波过程。只有在T1和T4管关闭时才有能量输 出到负载。
2.1 单相PWM整流的工作过程
小结： 由 T1 、 D2 、 Ls 和 T4 、 D3 、 Ls 分别组成两个 Boost 电路，其工 作过程同us>0相类似。
2.1 单相PWM整流和逆变的工作过程
2.1 单相PWM整流的工作过程
1 ）当 T2 、 T3 闭合时，参见下图的所示的能量流方向： 它们有两条导通路径，如红虚线和蓝虚线如示。
2.1 单相PWM整流的工作过程
第一条路径如下图所示：
2.1 单相PWM整流的工作过程
第二条路径如下图所示：
2.1 单相PWM整流的工作过程
2）当T2、T3断开时，参见下图所示的能量流方向： 注意：此时电感两端极性发生了突变！
3 、 u<0, i<0 时整流工作过程 分析 交流电源工作在负半轴 T2、T3不工作：截止状态 T1 、 T4 工作：导通或截止 状态
2.1 单相PWM整流的工作过程
所以这时也可分两种情形：
2.1 单相PWM整流的工作过程
1）当T1、T4闭合时，参见下图的所示的能量流方向： 它们有两条导通路径，如红虚线和蓝虚线如示
基本原理
1. 交流电源发出和吸收能量的判定原则 2. 交流电源发出能量(p=ui>0)分两种情况 3. 交流电源吸收能量(p=ui<0)分两种情况 4. 能量流向与整流和逆变工作状态的关系
2.
交流电源发出能量(p=ui>0)分两种情况
• A) u>0, i>0 • B) u<0, i<0
基本原理
3.2相控逆变的工作过程和条件
逆变状态→交流电源吸收能量→工作在→ 即p=ui<0的状态
故相控型变换器的逆变状态能量传递只能按如下图所 示的方式进行。
3.2相控逆变的工作过程和条件
即满足以下三个条件 （1）直流侧Ub必须有一个直流电源，其电动势极性必须和变换器所 允许的电流流动方向一致.。 （2）相控型变换器应是可输出负压的全控整流桥，且控制角a>90度。 因为只有这时，才能得到负电压。 （3）Ub>Ua 才能实现有源逆变工作状态。
2.1 单相PWM整流的工作过程
第一条路径如下图所示：
2.1 单相PWM整流的工作过程
第二条路径如下图所示：
2.1 单相PWM整流的工作过程
2）当T1、T4断开时，参见下图所示的能量流方向：
注意：此时电感两端极性发生了突变！
2.1 单相PWM整流的工作过程
如果忽略二极管D上的压降，则等效图是：
分两种情况： A) u>0, i>0 → p=ui>0 →交流电源工作在正半轴 B) u<0, i<0 → p=ui>0 →交流电源工作在负半轴
（参见下图所示两种情形）
2.1 单相PWM整流的工作过程
2.1单相PWM整流的工作过程
2 、 u>0, i>0 时整流工作过程 分析
交流电源工作在正半轴 T1、T4不工作：截止状态 T2、T3工作：导通或截止状态 所以这时可分两种情形：
基于能量流向法 判定整流工作状态和逆变工作状态
1、基本原理 2、单相PWM整流和逆变的工作过程 3、相控整流和逆变的工作过程
基本原理
1. 交流电源发出和吸收能量的判定原则 2. 交流电源发出能量(p=ui>0)分两种情况 3. 交流电源吸收能量(p=ui<0)分两种情况 4. 能量流向与整流和逆变工作状态的关系
PWM控制的基本原理
PWM控制的基本原理
2. 单相PWM整流和逆变的工作过程
2.1 单相PWM整流的工作过程 2.2 单相PWM逆变的工作过程
2.1 单相PWM整流的工作过程
单相PWM整流电路图
2.1 单相PWM整流的工作过程
1、首先进行能量流向法基本分析：
整流状态→交流电源侧发出能量到直流侧→ p=ui>0
1.交流电源发出和吸收能量的判定原则
1. p=ui>0 交流电源发出能量 2. p=ui<0 交流电源吸收能量
1.交流电源发出和吸收能量的判定原则
为了便于说明，讲述内容做以下假设： 一个电力电子变换装置，如果假设交流 电源侧等效为 UA ，直流电源侧为 UB ，其负 载等效为Z，在这里忽略了电源内阻。
（参见下图所示两种情形）
2. 2 单相PWM逆变的工作过程