电压型四象限脉冲整流器共23页
脉冲整流器
脉冲电镀原理1 概述脉冲电镀是槽外控制金属电沉积的一个强有力的手段。
它利用时间功能通过改变脉冲参数来改善镀层的物理化学性能，从而达到节约贵金属和获得功能性镀层的目的。
脉冲电镀属于一种调制电流电镀，它所使用的电流是一个起伏或通断的直流冲击电流，所以，脉冲电镀实质上是一种通断直流电镀。
脉冲电流的波形有多种，常见的有方波、三角波、锯齿波、阶梯波（图1）等。
但就目前的应用情况来看，典型脉冲电源产生的方波脉冲电流被普遍采用。
因此，对脉冲电镀的研究一般都是围绕着方波进行的。
2 调制电流电镀传统的电镀采用的电流形式一般为直流电流，简称DC。
直流电流是一种电流方向不随时间改变的、连续的平稳电流。
直流电流常见的波形有单相半波、单相全波、三相半波、三相全波、直流或稳恒电流（图2）等，产生这些波形常用的电源有硅整流器、可控硅整流器、高频开关电源等。
从图2中不难看出，直流电流具有连续性或持续性，不随时间的改变而中断或有所变化，因而使用时只有一个参数——电流或电压可供调节。
这就使得直流电流在做为槽外控制镀层质量的手段时力量不足。
比如直流电流在提高阴极电流密度、抑制副反应的产生、降低镀层中杂质的含量、改善电流分布等方面均毫无作用。
经脉冲信号或其它交变信号调制以后的直流电流叫调制电流，用调制电流所进行的电镀即调制电流电镀。
调制电流电镀主要是做为槽外控制镀层质量的手段而产生和存在的，它往往可以起到直流电镀所起不到的作用。
比如，脉冲电镀比直流电镀阴极电流密度提高几倍甚至十几倍，因而可得到结晶细致的镀层。
调制电流电镀一般有脉冲电镀、不对称交流电镀、交直流叠加电镀、周期换向直流电镀（图3）等几种形式。
脉冲电镀所使用的电流实际就是一个通断直流电，不过这个直流电在导通的时候峰值电流相当于普通直流电流的几倍甚至十几倍，正是这个瞬时高电流密度使金属离子在极高的过电位下还原，从而使沉积层晶粒变细。
脉冲电镀广泛应用于电子工业的电子电路、接插件、印制电路、集成电路框架、晶体管管座等的电镀，可大大提高这些电子器件的产品性能，并可大幅度节约贵金属。
四象限脉冲整流器的一种控制方法与仿真
四象限脉冲整流器的一种控制方法与仿真No.O1.2011北京电力高等专科学校BeijingElectricPowerCollege电子,通信与自动控制固四象限脉冲整流器的一种控制方法与仿真朱闻名贺升学(西南交通大学电气工程学院,四川成都610031)摘要:本文主要简述两重四象限整流技术的特点,主电路拓扑结构及数学模型.通过采用瞬态电流控制方法来减少整流器网侧谐波量提高交流侧电压电流的功率因数,输出稳定的直流电压,并通过仿真进行验证关键词:两重四象限整流器;瞬态电流控制;仿真中图分类号:TM92'文献标识码:A一,两重四象限整流器的工作原理与数学模型两重四象限整流技术就是将两个两电平四象限整流器并联起来共同给直流负载供电的技术.两重四象限整流技术是2个4QC并联为直流负载供电,中间电容部分存储能量,输出平滑的直流电压,当其中一个整流器出现故障时,另一个仍可以继续工作,这大大提高了系统直流供电质量与可靠性.'(一)四象限整流器的结构与原理图1为四象限整流器电路图….其中LN与RN为折合到二次侧的牵引变压器的漏感和电阻,L与C为二次滤波回路,cd为支撑电容.通过对开关进行导通与关断对直流侧电压进行调制,这样在变流器的输入端生成一个与电网电压同步的脉宽调制波,由四象限整流器等效图,可以得出等效的平衡式:N:jmLNINRNINUs当一定,的幅值和相位由的幅值及其与的相位差来决定,脉冲整流器可以工作在牵引与再生制动两种工况.由公式看出:只要控制了的幅值和相位,就控制了的幅值和相位.二,整流器的控制方法对于四象限电压型整流器,控制方法有间接电流控制和直接电流控制.间接电流控制没有电流反馈回路,结构虽然简单,但是不能很好的使电流跟踪电压,效果不是很理想.直接电流控制应用比较多,尤其瞬态电流控制方法目前广泛应用在动车组变流器,效果优势明显,控制结构相对简单.(一)瞬态电流控制的原理瞬态电流控制公式如下:,M=(乙一Ua)+I/T一I:iJd}UNIN=1+I(,)=o'._(,v风sinta+oosca)sinca-6Xt)其中K1和T为调节器参数;K为比例放大系数;Ia,u一分别为中间直流环节电流和中间直流环节电压;u(t),U为二次侧电压瞬时值和有效值;U为中间直流环节电压的给定值.(二)瞬态电流控制框图图2为瞬态电流的控制框图,通过比较运算后最终输出参考电压,并与三角载波比较生成P_lI『M信号驱动开关.8图2为瞬态电流控制框图三,仿真分析(一)仿真模型根据整流结构搭建MATLAB/SIMULINK仿真模型,模型包括变压器二术.文章编号:1009-0118(2011)一O1—0008一O1次侧漏感和电阻,单相两点平整流模块,滤波电路,支撑电容,阻性负载及瞬态电流控制模块.(三)仿真结果分析通过使用瞬态电流控制策略对两重四象限整流器进行仿真,主要对交流侧功率因数,整流器输入电压及直流侧电压和电流等进行仿真分析.直流电压给定值为3000V,交流输入电流为2500V,采用离散方式,两个整流器的控制模块中,采用三角载波,将两载波的相位差调整为90度.l,交流侧电压与电流交济洌电流具有稳定值,且能稳定迅速地跟随电压,保持着高的功率因数. 2,整流器输入端电压输入端电压在短时间内呈现为一系列的正弦脉冲波,且幅值基本稳定,基本符合整流器电压输入要求.3,直流侧电压与电流西3为直流负载电流～一～,图4为直流侧负载电压从图3,图4看出,直流侧电压与电流能迅速稳定,直流侧直流电压给定值为3000V,从图4看出,直流电压值保持在3000V左右,为逆变器与电机提供了稳定的电源.四,结束语本文主要讲述了动车组两重四象限整流器的结构,原理,并通过使用瞬态电流控制法对整流器进行了仿真控制.从仿真结果看对整流器的控制效果比较满意,功率因数接近1,直流侧电压稳定在额定值,是两重四象限整流器一种理想的控制方法.目前,两重四象限整流技术已经用于高速列车变流器中,但是本文将逆变与电机部分理想等效为了电阻负载,与实际的控制效果还有一定的差距,还需要更接近实际的仿真研究.参考文献:f1]李伟,张黎.交一直一交传动系统网侧变流器预测电流控制方法的计算机仿真及实现中国铁道科学,2002,23,(6).f2]邹仁.四象限变流器瞬态电流控制的仿真研究Ⅱ].机车电传动,2003,(6).[31章志兵,张志学.单相三电平整流器控制方法及中点平衡的研究Ⅱ】.机车电传,2008,(4).[4]宋文胜,刘志敏,冯晓云.四象限变流器控制策略研究与仿真Ⅱ】.电力机车与城轨车辆,2007,30,(2].作者简介:朱闻名(1984一),男,汉族,湖南常德人,西南交通大学电气工程学院硕士,电力电子与电力传动专业,研究方向:电力电子变流技..。
CRH动车组牵引传动控制及计算第四章 四象限脉冲整流器的工作原理与控制设计
四象限脉冲整流器的双闭环控制器设计 正弦脉宽调制技术 (SPWM) 三电平脉冲整流器中性点电压平衡方案
2
脉冲整流器概述 脉冲整流器 概述
Electric Railway Traction AC Drive Systems Electric Railway Traction AC Drive Systems
三电平脉冲整流器的工作模式
工作模式4 (Sa=0，Sb=1)：
工作模式 3 (Sa=1，Sb=-1)：
u1
u1
Load
Load
Load
u2
is
o
Udc
u2
开关管Ta1,Ta2,Tb3和Tb4导通，Ta3,Ta4,Tb1和Tb2关断。网侧端电压 uao=u1，ubo=-u2，uab=u1+u2。 整流器工作在升压状态，所以直流侧电压比电源电压的幅值大。此 时，加在电感两边的电压为负，因此电流以(us-Udc)/Ls的斜率减小 。正向网侧电流is对电容C1和C2充电。
is
开关管 T2 和 T3 导通，T1 和 T4 关断, 并且 uab=-Udc. 在 这种状态下，电流is增大，反向电流给直流侧电容Cd充 电.
9
开关管 T2 和 T4 导通, T1 和 T3 关断, 并且 uab=0. 电源电 压加在电感两边，使其电流升高。 直流侧电容Cd通过负 载电流放电.
10
三电平整流器的工作原理分析
Electric Railway Traction AC Drive Systems
三电平整流器的工作原理分析
uao =
u1
Sa ( Sa + 1) S ( S − 1) u1 − a a u2 2 2
Байду номын сангаас
脉冲整流器 PPT
LN T1
U N (t)
T4
D1 T 2
D2 L2
+
U S (t)
Ud
Cd
D4
T3
D3 C 2
-
iN为正时，T2和T4导通，交流侧与直流侧均输出能
量，iN增大，LN储能
iN为负时，D2和D4导通，交流侧与直流侧均吸收 能量，iN减小，LN放能。
（3）模式3：S1S2导通信号。此时电路方程是：
LN
(1c
os21t)
Id
id~
可见，直流电流id将以2倍网频脉动。要得到恒定 的输出电压应当在脉冲整流器与负载间接一个由 电感电容组成的二次谐波滤波器以平衡以2倍网频 脉动的能量，即电路中L2C2支路。
T1—T4按SPWM方式进行控制。控制正弦信号的频 率与电网频率相同。在脉冲整流器交流侧产生的交 流电压uS(t)的基波与电网电压同频率，其幅值和与 网压的相位可控。电感LN抑制uS(t)中的高次谐波电 压所产生的谐波电流。因此iN(t)也是与电网同频率的 正弦量
-
iN为正时，D1和D3导通，交流侧输出能量，直流
侧吸取能量，处于整流状态， iN减小，LN释放能
量
iN为负时，T1和T3导通，交流侧吸收能量，直流侧 释放能量，处于能量反馈状态， iN增大，LN储能
（2）模式2：S2S4导通信号。此时电路方程是：
LNdditN RNiNUNUd
iN (t)
U N (t)
diN dt
RNiN
UN
iN (t)
U N (t)
LN T1
U N (t)
T4
Dt)
Ud
Cd
D4
T3
D3 C 2
PWM整流电路
R ia
Ua
(udc
Sa
uNO )
(9.8)
同理可得b相和c相的微分方程如下:
Ls
dib dt
R ib
Ub
(udc
Sb
uNO )
Ls
dic dt
R ic
Uc
(udc
Sc
uNO )
(9.9) (9.10)
9.3.1三相PWM整流器动态数学模型
对于三相平衡系统，有: U a U b U c 0 ，将式(9.8)、(9.9)、(9.10)变
将式(9.5)、式(9.6)代入式(9.4)得: Ls
Sa Sa 1
Rt Rs
dia dt
R
R ia
Ua
[(ia
Rt
U dc ) Sa ia
(9.7)
Rt
Sa
u NO
]
同一桥臂上下开关不能同时导通，即 Sa Sa 1，同时约定Rt Rs R ,则式
(9.7)可写为:
Ls
dia dt
9.3.1三相PWM整流器动态数学模型
对a相电路，有:
Ls
dia dt
Rs
ia
Ua
(uAN
uNO )
(9.4)
设 R1 为IGBT的等效电阻，当上桥臂开关导通，且下桥臂开关关断时，有:
u AN ia Rt udc
(9.5)
当下桥臂导通，上桥臂关断时有:
u AN ia Rt
(9.6)
种拓扑结构中以多个功率开关串联使用，并采用二极管箱位以 获得交流输出电压的三电平调制，因此，三电平 VSR 在提高 耐压等级的同时有效的 降低了交流侧谐波电压
、电流，从而改善了其
四象限整流器
-t
vd -Vd0 =（IdR L -Vd0）（1-e 1）1 R LC
C tr * 0.964R L
.
33
四象限整流器工作原理
➢满足直流电压抗扰性指标时电容设计
A Id
0
Ti
t
Wci
(s)
1
1 Ti
s
{RLC
dvdc1 dt
vdc1
0
RLC
dvdc dt
2
vdc
2
RL kt
1 C 2V*m RL
.
26
四象限整流器工作原理
➢单极性PWM电流过零处
i
0 t T1
uN
vab
0 vab
L
i1 T1
△i1 0
T1 t Ts
L i2 0 T2
vab
要满足快速电流跟踪要求则必须有 0
-vdc
|i1
| -|i2 Ts
|
Im sin Ts
Ts
Im
L vdcT1
ImTs
.
i
i*
△i2
T1
T2
A
U
C
O1
0
90。-
|V |2 | U |2 | VL |2 2 | U || VL | cos Vm Mvdc
L Um sin +
U
2 m
sin 2
+M2vdc2
U
m
Im
V F
B
I
若采用三角载波SPWM控制，忽略桥路损耗
qP1212UUmmIImmscions
M 1
L Um2 sin cos +Um cos Um2 sin2 +vdc2 Um2 2|p|
机车车辆传动与控制作业参考答案(3-4章)
一、名词解释：1. 转差率旋转磁场的转速n1与转子转速n 的差值称为转差，用△n 表示。
转差△n 与同步转速n1的比值称为转差率，用s 表示，即：()%100n n -n S 11⨯=转差率是表征感应电动机运行状态的一个重要参量。
一般情况下，异步电动机的转差率变化不大，空载时约为0.5％，额定负载时约为5％，异步牵引电动机的转差率一般小2％。
2. 转差频率 转差频率就是转差对应的频率，即⎥⎥⎥⎦⎤====12121111sf f f f f f -f n n -n s3. 电流型牵引变流器 交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。
整流器的作用是把来自接触网的单相交流电压变换为直流。
直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作用是储能和滤波，获得平直的直流电。
逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机，通过能量转换驱动列车。
根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器可分为电压型和电流型两种。
电流型牵引变流器直流中间环节的储能器采用电感，相当于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直流电流。
4. 电压型牵引变流器交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。
整流器的作用是把来自接触网的单相交流电压变换为直流。
直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作用是储能和滤波，获得平直的直流电。
逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机，通过能量转换驱动列车。
根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器可分为电压型和电流型两种。
电压型变流器直流中间环节的储能器采用电容器，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于电压源。
5. 两电平式逆变器逆变器将直流转换为交流。
两电平式逆变器，把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上，即逆变器的输出相电压为两种电平。
四象限变流器工作原理
四象限变流器工作原理1.引言1.1 概述四象限变流器是一种重要的电力电子器件，它能够实现直流电到交流电的转换。
其工作原理基于电力电子技术和控制理论，通过控制开关器件的通断，将直流电源经过逆变和变换，输出所需的交流电信号。
四象限变流器的主要特点是能够实现四个不同象限的电流、电压和功率输出。
这四个象限分别代表着正向和反向的电流、电压以及功率输出，在不同工作条件下可以根据需求进行切换。
这一特性使得四象限变流器在电力电子领域中具有广泛的应用空间。
四象限变流器的工作过程可以简要描述为：首先，通过电流传感器和电压传感器，监测输入直流电源的电流和电压信号。
然后，经过电压和电流的控制算法，得出需要输出的交流电信号的波形和频率。
接下来，利用开关器件进行逆变和变压，将直流电源的能量转换为交流电源的能量。
最后，输出所需的交流电信号，供给给定的负载使用。
四象限变流器的工作原理可以应用在多个领域，如电机控制、电力系统调节等。
其在电机控制领域中的应用特别广泛，能够实现电机的正向和反向转动，控制电机的转速和负载特性。
在电力系统调节方面，四象限变流器可以对电网进行有源功率调节，实现对电网的无功功率补偿和电压调节。
总之，四象限变流器通过控制电流和电压的方向和大小，实现了直流到交流的转换，具有广泛的应用前景。
在未来的发展中，随着对电能质量和能源管理的要求越来越高，四象限变流器将会得到更多的应用和研究。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将分为三个主要部分来介绍四象限变流器的工作原理。
第一部分是引言部分，其中包括概述、文章结构和目的。
首先，我们将简要概述四象限变流器的基本概念，介绍其在电力电子领域中的重要性。
接着，我们将说明本文的结构，即将分为引言、正文和结论三个主要章节。
最后，我们将阐明本文的主要目的，即为读者提供关于四象限变流器工作原理的详细解释。
第二部分是正文部分，其中包括四象限变流器的基本原理和工作过程。
四象限变流器
四象限变流器四象限变流器是一种常见的电力转换设备，它在电能变换和控制领域得到广泛应用。
它的原理是通过电子器件将交流电转换为直流电，并通过调整电路参数来实现对输出电压和电流的精确控制。
四象限变流器在工业和家庭电力系统、交通运输、可再生能源等领域发挥着重要作用。
首先，四象限变流器具有出色的电能转换效率。
它能够将输入电功率在转换过程中的损耗降到最低，将电能高效地转化为所需的输出形式。
这不仅可以减少能源的浪费，也可以提高系统整体的效率。
在如今的节能环保的大背景下，四象限变流器的高效转换特性对于实现可持续发展具有重要意义。
其次，四象限变流器具备优秀的电力控制能力。
通过精确调整电路参数，可以实现对输出电压和电流的精确控制，满足不同应用场景对电力质量和电力需求的要求。
例如，在家庭电力系统中，四象限变流器能够将不稳定的交流电转换为稳定的直流电，确保电器设备的正常工作。
在交通运输领域，四象限变流器可以实现对电动车辆电能的高效调节，提高驱动系统的性能和控制精度。
此外，四象限变流器还具备较高的可靠性和稳定性。
它采用先进的电子器件和控制算法，能够在极端工作条件下保持稳定工作。
这对于一些特殊行业如核能发电和风能发电来说尤为重要，因为这些行业对电力转换设备的可靠性要求极高。
四象限变流器的高可靠性能够保证系统的连续运行，降低故障和停机带来的不可预估损失。
最后，四象限变流器具备较高的适应性和扩展性。
它能够根据不同的输入和输出形式进行灵活的调整和配置。
可以根据特定需求选择合适的变流器模型和控制策略，以满足系统的特殊要求。
在可再生能源领域，四象限变流器能够实现风能、光能等可再生能源到电力系统的高效接入，帮助减少对传统能源的依赖并推动清洁能源的发展。
总之，四象限变流器在电力转换和控制领域有着广泛的应用前景。
它通过高效转换、优秀控制能力、可靠性和适应性等特点，为各个行业提供可靠的电力转换解决方案。
在未来，随着科技的不断进步和能源问题的日益突出，我们有理由相信四象限变流器将在电力领域发挥更加重要的作用，为我们创造更加绿色、高效的电力环境。
四象限整流
就是全控型晶闸管的整流电路，现在一般用水冷的IGBT.组成的整流电路，它可以调节电压和电流，所谓的四象限就是u+，i+，为第一象限。
u-，i+.,为第二象限，u-，i-，为第三象限，u+，i-，为第四象限，（u是电压，i是电流）。
四象限变流器说白了就是，机车在牵引状态下为整流器，在电制动状态下为逆变器（再生制动），在两种不同的状态下，IGBT可以使电压与电流在四个象限内，根据需要调节，所以叫做四象限变流器。
说成四象限整流器不合适（也许是英文翻译并非专业人员），交流变直流叫整流器，直流变交流叫逆变器，以上两种功能都有的应该叫变流器更为贴切。
推荐大家看一下关于电力机车牵引与控制方面的书籍，一般都有四象限脉冲整流电路的详细介绍。
并不是三楼所说的全控晶闸管整流！如果把整流电路的电压电流表示在十字坐标系里，大家就可以知道什么是“四象限”了。
电力电子技术-脉冲整流电路
T1
I N LN
D1
A
uN
us
T2
T3
D3
L2
B
T4
C2
D2
D4
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
+
Cd u d
-
• 单相电压型脉冲变流器主电路结构（GTO）
一、主要方程式及相量图
1、相量方程
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
•
•
•
U U I N
s1 jNLN N1
负 载
图7.27 用IGBT实现的三相电流型PWM整流器
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 电流型脉冲变流器与电压型脉冲变流 器的性能特点比较
7.5 脉冲变流器的应用
7 . 4电流型脉冲变流器与电压型脉冲变流 器的性能特点比较
• 相同之处：
➢ 两者的交流侧输出特性基本相同； ➢ 都能 实现四象限运行； ➢ 与晶闸管相控整流电路相比都能 提高功率因数； ➢ 都能减少谐波，减少对电网的污染 。
7 . 4电流型脉冲变流器与电压型脉冲变流 器的性能特点比较（续）
• 不同之处：
电压型
电流型
(1) Id方向可变，Ud方向不 可变；
(1) Id方向不可变，Ud方向 可变；
7 . 5 脉冲变流器的应用（续）
• 在电力机车上 的应用
L N T1
u
us
T2
D1 T3 A
D3 L2
B
D2
T4 D4 C2
Id
+
Cd Ud
-
图7.29 GTO实现的电压型脉冲整流器主电路
脉冲整流器的原理及分类
第五章 • 基本能量关系（网压 uN (t) 为正半波时）
5-9
第五章 • 基本能量关系（网压 uN (t) 为正半波时）（续）
5-10
第五章 – 不同工况时 uS、uN 和 iN 波形分析
• (a) 牵引
5-11
• (b) 理想空载 • (c) 再生
第五章
5-12
• 半导体器件中的电流波形
第五章
第五章 脉冲整流电路
5-1
第五章
5.5 脉冲整流器的原理及分类
• 概述 – 四象限变流器 – 减少电网污染 – 节约能源
5-2
• 基本原理 理想情况下：
第五章
5-3
• 分类 – 电压型脉冲整流器
• 输出电压恒定 ud (t) = Ud ，且Ud
• 输出电流
第五章
UN
• 基本结构
5-4
– 电流型脉冲整流器
第五章
5-19
– 对应原理图的波形图
第五章
• 电流型和电压型脉冲整流器的性能特点比较
5-20
• 脉冲变流器的应用 – 电流型交直交传动系统
第五章
5-21
第五章
(a) 牵引工况
(b) 再生工况
5-13
• 主要方程式及相量图 – 简化主电路 – 对于基波分量
– 基波相量图 (a) 整流 (b) 逆变 (c) 考虑
电网电阻
第五章
5-14
• 应用 – E120型单相大功率交流电力机车
第五章
5-15
5.7 电流型脉冲整流器
• 主电路结构及其工作原理
第五章
• 输出电流恒定 id (t) = Id ，且 Id
• 输出电压
四象限脉冲整流器分析
3. 通过控制两电平、三电平脉冲整流器中开关 元件IGBT的导通和关断，在不同工作模式的 转换，实现整流和逆变的功能，进而实现直 流侧电压的稳定、能量的双向流动。
谢谢观看！
1.四象限脉冲整流器的特点
传统的相控整流器，交流电网侧 的功率因数比较低，谐波较大，直流 侧的电压脉动较大，制约了其功率发 挥及应用。
随着技术的发展，脉冲整流器应 运而生。它可以从电网获取与网压同 相位的近似正弦波的交流电流，提高 了功率因数，使电网的污染减到最小 限度。
1.四象限脉冲整流器的特点
3. 三电平脉冲整流器电路
工作模式2 (Sa=1，Sb=0)：
p
Ta1
Tb1
ip
Ta2
D1
Tb2
D2 C1 u1
Ls Rs
us is
a uab
Ta3
b Tb3
o Udc
io
C2
Ta4
D3 Tb4
D4
u 2
in n
p ip
1 Sa
Ls
Rs
a
C1
u1
is
us
uab
-1 0
o
1 Sb
Udc
b 0 io
-1 C2
1, Ti3and Ti4 on,Ti1 and Ti2 off
i=a,b
3. 三电平脉冲整流器电路
工作模式1 (Sa=1，Sb=1)：
Ta1
Ta2
Ls Rs
us is
a uab
Ta3
Ta4
Tb1 Tb2
b Tb3 Tb4
p
C1
电力机车控制-牵引变流器组成及原理
牵引变@流@器@组@成@及@原理
牵引变流器组成及原理
1 牵引变流器的功能及特点 2 牵引变流器组成 3 电压型四象限脉冲整流器 4 中间直流电路 5 电压型逆变器
1 牵引变流器的功能及特点 1.基本功能
牵引变流器是交流传动电力机车的核心部件之一，用于直 流和交流之间进行电能的变换。为了满足机车启动、调速和制 动的需求，要求牵引变流器能够四象限运行。牵引变流器的基 本功能是将来自接触网的交（直）流电压，变换为频率、幅值 可调的三相交流电压，供给交流牵引电动机，将电能转换为机 械能，在轮轨间产生牵引力，驱动列车前进。
电流路径：Uf -Rf -Lf -VD1 -直流环节-VD4 - Uf 此时，Ud =Uf + ULf来自2）当Uf<0时(自行分析）
3 电压型四象限脉冲整流器
3、逆变状态 两电平电路工作在全控桥电路，即由VT1 VT2 VT3 VT4
组成。 正半周：直流环节-VT3-Uf -Rf-Lf-VT2-直流环节 负半周：直流环节-VT1-Lf-Rf-Uf -VT4-直流环节
2 牵引变流器组成 在交-直-交传动系统中，牵引变流器主要由四象限脉冲 整流器（4qc）、直流中间环节（DC-Link）和逆变器（PWMI） 组成。典型的两电平牵引变流器电路如下图所示。
2 牵引变流器组成
1．整流器单元 电源侧变流器采用四象限脉冲整流器（4qc），构成
交-直变换部分，通过PWM斩波控制方式，可以调节从接触网 输入的电流相位，使机车所取的电流波形接近于正弦波形， 并能在宽广的负载范围内使机车功率因数接近于1，等效谐波 电流减小，有利于提高机车功率因数，降低谐波干扰。此外， 四象限脉冲整流器能方便的实现牵引和再生制动的能量转换， 可取得显著地节能效果。
四象限工作特性与原理
T1
VS A
T2
D1
T3 断
La Ra Ea B
I AB
通
D2
T4
输出电压方向： 输出电压大小： 输出电流方向：
正向
T
on
V V AB
D
TS
正向
电机运行于正向电动状态，能量由输入直 流电源供向负载。
(b)降压变换电路
第二象限工作
四象限直流—直流变换器
工作模式：
升压（将负载的电压升高后向Vd回馈电能）
第四象限工作
工作模式：
升压（T4 D3构成Boost升压变换器）
VS A
A
输出电压方向：
正向
La Ra Ea
iAB
D3
B
T4
输出电压大小： 输出电流方向：
Vs
1
1 D
VAB
VAB
反向
电机运行于反向制动状态，能量由负载供 向直流输入电源。
STATCOM 静止同步补偿器（ Static Synchronous compensator STATCOM ）是柔性交流输电系统（FACTS）的重要设 备之一，在稳定系统电压、提高功率因数、增加传送容量等方面发挥着重要的作用，代表着无功补偿技术 的发展方向。
当电路在逆变状态运行时，Uab超前Is一定角度， 此时，Us和Is反向。此时电源吸收有功。PWM整流器的 通过整流运行和逆变运行可实现能量的双向传输
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PWM整流的原理
PWM整流器在无功补偿状态运行时，Is超前Us90°。此时
发出无功。同理当Is滞后于
于Us90°时又相当于无功补偿器。
通过对Uab幅值和相位的控制，可以使Is超前或滞后Us 任意角度。也就是说电源向负荷发出的有功和无功可大可小 可正可负。
电压型四象限脉冲整流器
(4)支撑中间回路电压，使其保持稳定。 如果这个电容器太小，变流器的控制将变得相 当困难。因为控制稍有一点误差，中间回路的 电压就会出现很大的波动。
选择合适的支撑电容器Cd的准则
(1)中间回路直流电压保持稳定，峰一峰波动值 不超过规定的允许值。 (2)中间回路直流电流是连续的，没有间断，其 峰一峰波动值不超过规定的许可值。 (3)中间回路的损耗应保持最小。 (4)所选择的电容器的参数不会影响整个系统的 稳定性。 (5)应当成功地抑制逆变器和电机中发生的暂态 过程，保持系统稳定。
2.3.3四象限脉冲整流器的波形
交流测的电压波形
直流测的电流波形
2.3.4电压型四象限脉冲整流器主电路
2.3.5能量变换关系
电压型脉冲整流器相量图 a)牵引b)再生制动
脉冲整流器交流电源侧等效电路
3．2支撑电容器Cd的作用
(1)与脉冲整流器、逆变器交换无功功率和谐 波功率。它们是在脉宽调制过程中产生的。 (2)与异步电动机交换无功功率。 (3)由于串联谐振回路中实际存在的电阻，二 次谐波电流并非全部通过串联谐振电路，而是 由串联谐振电路R2一L2一C2和支撑电容器Cd分 流。流过支撑电容器Cd的二次谐波分量为
2.3电压型四象限脉冲整流器
一个理想的交一直变流器，在直流侧提供 平直的直流电流和直流电压，而仅从交流 电网吸取有功功率。 从原理上讲，这种装置可以由一个无储能 部分的变流器和一个分离的储能器组成。 为了在交流供电网中保持很好的功率因数 的同时获得平整的直流量，变流器的变比 必须能够通过调制技术随时加以改变，
2．3．1电压型脉冲整流器基本 原理
电压型四象 限脉冲整流 器的基本原 理如图示， 储能器与直 流侧负载并 联