基于能量流向法判定整流工作状态和逆变工作状态

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。
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！
（参见下图所示两种情形）
2. 2 单相PWM逆变的工作过程
2 、 u>0, i<0 时逆变工作过 程分析
交流电源工作在正半轴 T2、T3不工作：截止状态 T1、T4工作：导通或截止状态
所以这时可分两种情形：
2. 2 单相PWM逆变的工作过程
1）当T1、T4闭合时，参见下图的所示的能量流方向： 注意：它们只有一条导通路径，如红虚线如示
2. 2 单相Pห้องสมุดไป่ตู้M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流方向：
2. 2 单相PWM逆变的工作过程
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。
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
能量流向与整流和逆变工作状态的关系
• A）p=ui>0 → 交流电源发出能量 → 工作在→ 整流状态
能量流向与整流和逆变工作状态的关系
• B）p=ui<0 → 交流电源吸收能量 → 工作在 → 逆变状态
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
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
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
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
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。
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
故整流状态能量传递只能按如下图所示的两种方 式进行。
3.1相控整流的工作过程和条件
可以看出懑足交流电源发出p=ui>0，只能是u>0， i>0 ,这种情况，这一点与PWM整流不同。即Ua的控 制角在0－90度的范围。
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
3.2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。
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。
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？
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
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
2.1 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。
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：
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
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：
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