第七章脉冲整流
合集下载
脉冲整流器采用双闭环控制
主要内容
3.1 理想脉冲整流器模型 3.2 脉冲整流器主电路 3.3 脉冲整流器的多重化
3.1 脉冲整流器工作原理
RN
LN
a
uN
iN
uab
b
i2
i1
L2
C2
Cd Ud
负载
RN
LN
iN
UN
U ab
PN (t) uN (t) iN (t) 2U N sin Nt 2IN sin Nt U N IN U N IN cos 2Nt
iN1 iN2
0.405
0.41
0.415
时 间 t/s
0.42
0.425
本章结束！
UN jLN IN RIN Uab
从向量图角度分析
由于变压器的内 阻RN很小可以 忽略不计
U&N jLN I&N U&ab
jLN IN UN IN Uab
jLN IN
Uab UN IN
（a）牵引工况
（b）再生工况
脉冲整流器的简化基波相量图
3.2 脉冲整流器
两电平脉冲整流器SPWM调制波形
a相调制波ua PWM载波uca
1 0 -1
1.5
a相PWM 信号SA
1 0.5
0
0.5
b相调制波ub PWM载波ucb
1 0
-1
1.5
b相PWM 信号SB
1 0.5
0
0.5
输 入 端 Ud
电压 uab
0 -Ud
0.1
0.11 0.12 0.13 0.14 0.15
0 -1000 -2000 -3000
1.2
3.1 理想脉冲整流器模型 3.2 脉冲整流器主电路 3.3 脉冲整流器的多重化
3.1 脉冲整流器工作原理
RN
LN
a
uN
iN
uab
b
i2
i1
L2
C2
Cd Ud
负载
RN
LN
iN
UN
U ab
PN (t) uN (t) iN (t) 2U N sin Nt 2IN sin Nt U N IN U N IN cos 2Nt
iN1 iN2
0.405
0.41
0.415
时 间 t/s
0.42
0.425
本章结束！
UN jLN IN RIN Uab
从向量图角度分析
由于变压器的内 阻RN很小可以 忽略不计
U&N jLN I&N U&ab
jLN IN UN IN Uab
jLN IN
Uab UN IN
（a）牵引工况
（b）再生工况
脉冲整流器的简化基波相量图
3.2 脉冲整流器
两电平脉冲整流器SPWM调制波形
a相调制波ua PWM载波uca
1 0 -1
1.5
a相PWM 信号SA
1 0.5
0
0.5
b相调制波ub PWM载波ucb
1 0
-1
1.5
b相PWM 信号SB
1 0.5
0
0.5
输 入 端 Ud
电压 uab
0 -Ud
0.1
0.11 0.12 0.13 0.14 0.15
0 -1000 -2000 -3000
1.2
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。
pwm脉冲整流
IN1m = UNm tanφ/ωNLN – 逆变工况： uS1(t) = US1msin(ωNt+φ)
US1m = UNm / cos φ
IN1m =UNm tanφ/ωNLN
2019/10/8
北京交通大学电气工程系
7-13
脉冲整流 • 基本能量关系（网压 uN (t) 为正半波时）
2019/10/8
特点： 开关频率固定， 滤波容易； 电流响应较慢； 控制效果与参数 （L）的计算精 度有关。
2019/10/8
ud* +
id
PI
-
ud
L
+
u A, B ,C
sin(t 2k / 3)
+
k=0,1,2
负载
图7.14 间接电流控制系统结构图 北京交通大学电气工程系
RL 7-21
脉冲整流
7 . 3 电流型脉冲整流电路
2019/10/8
北京交通大学电气工程系
7-24
• 功率因数不等于1时的相量图
脉冲整流
u
u I
θψ
jwN CN uN Ip1
θ ψ I
I p1 jwN CN uN
(a)整流工况
(b)逆变工况
图7.17 电流型PWM整流器相量图
(a) 整流（牵引） (b) 逆变（再生）
2019/10/8
北京交通大学电气工程系
7-3
• 脉冲变流器的基本思想 • 基本原理
uN (t) 2U N sin t
脉冲整流
iN (t) 2I N sin t
理想情况下：
PN (t) Pd (t)
PN (t) uN (t) iN (t) U N I N (1 cos2t)
第7章PWM整流器
u AB U d
id
方向为负
id负方向电流，可能的通路是T1和T4导通或T2和T3导通。
在T1和T4导通时,
id 经T4、T1流向电源 us ， is
方向为正
uAB －Ud
dis 在模式二和模式三时都有通路的电压方程： us L ＝ U d dt
当PWM整流器采取单极倍频正弦脉宽调制时（参见图5.9）， T1～T4脉冲驱动序列如图7.5a，在区段1驱动T1、T3，有正向 i s 经D1、T3使AB端短路，电感电流上升，电感储能增加（模 式一）。区段2时T1、T4驱动，正向 i s 经D1、D4流向负载， T1、T4受反向电压，虽被驱动但不能导通（模式三）。区段3 驱动T2和T4，但是D1与D4导通AB端短路（模式一），如此进 行得到AB两端电压波形如图7.5b，图7.5c为交流侧电流波形， 调节驱动脉冲的宽度，可以调节 u AB 基波分量的幅值， iS 也随 之改变，直流侧的输出平均电压 U d 也随驱动脉冲宽度而改变。
器得到电流的幅值信号 I g
， I g iT 得到电流 iL
的给定信号
i g 是幅值为 I g 的正弦半波。 实测电感电流 iL 得反馈信号i f
经滞环控制器比较产生开关管 T的驱动脉冲，使 iL 跟踪 i g 变化 在U g U f 时PI调节器输出 增加 I g ，经滞环控制使 iL 幅值提高，在 T导通时电感有 较大电流，电感L储能增加。 在T关断时 ，ud 与较高电感电 动势共同给电容C充电，使电 容电压和输出电压U o 增加
小
结
本章介绍了单相不控整流器功率因数校正 和PWM可控整流器，单相桥式不控整流器嵌 入Boost升压电路后可以实现网侧单位功率 因数控制，改善电网质量，单相不控整流器 功率因数校正已在LED光源中大量使用。 PWM整流器采用高频PWM调制，可以实 现电能双向流动，既可以整流也可以逆变， 与晶闸管整流器相比可以改善交流侧谐波， 提高功率因数，是重要的电能变换和控制技 术，已广泛应用在光伏发电、风力发电和电 网无功补偿，潮流控制等方面。
脉冲整流器原理
脉冲整流器原理
脉冲整流器是一种电子器件，用于将交流电信号转换为直流电信号。
它的原理是基于二极管的导电特性。
在正半个周期内，输入交流电信号的电压是正的，而在负半个周期内，输入电压则是负的。
脉冲整流器利用这一特性，只允许正向电流通过，同时阻止反向电流的流动。
脉冲整流器由一个或多个二极管和负载组成。
当输入交流电信号的电压为正时，二极管处于导通状态，正向电流可以通过二极管传导给负载，从而实现整流。
而当输入电压为负时，二极管会进入截止状态，阻止反向电流的流动。
这样，在整个交流周期内，只有正向电流能够通过整流器。
脉冲整流器通常会附加滤波电容，用于平滑输出直流电信号。
滤波电容可以帮助减小输出波形的纹波，使得输出的直流电信号更为稳定。
脉冲整流器广泛应用于各种电子设备中，例如电源适配器、整流电路、变频器等。
通过将交流电信号转换为直流电信号，脉冲整流器可以为电子设备提供稳定的电源，保证设备正常运行。
7.三电平脉冲整流器的工作原理
a 1 Sb 0 -1
u2
in n
开关管Ta3,Ta4,Tb3和Tb4导通，Ta1,Ta2,Tb1和Tb2关断
网侧端电压uao=-u2，ubo=-u2，uab=0。如果网侧电源电 压us>0，则正向网侧电流is增大，电容C1和C2通过负载 电流放电。
13
Load
U dc
us
Udc
9种工作模式与对应的电压
4
Load
Udc
us
is
o
Udc
工作模式 1 (Sa=1，Sb=1)：
开关管Ta1,Ta2,Tb1和Tb2导通，Ta3,Ta4,Tb3和Tb4关断，网侧 端电压uao=u1，ubo=u1， uab=0。如果网侧电源电压 us>0， 网侧电源给电感 Ls充电，网侧电流 is增大，电感储能，电 容C1和C2通过负载电流放电。
5
工作模式 2 (Sa=1，Sb=0)：
Ta1 Ta2 Tb1 Tb2 a Tb3 Tb4 b o
ip
p
ip
C1
u1
p C1 o io C2
u1
1 Ls is
Load
Rs uab
Sa -1 0 b
a 1 Sb 0 -1
Ls us is
Rs
uab Ta3 Ta4
io
C2
u2
u2
in n
in n
开关管Ta1,Ta2,Tb2和Tb3导通，Ta3,Ta4,Tb1和Tb4关断。 网侧端电压 uao=u1， ubo=0， uab=u1。如果正向电源电压 us大于（或小于）直流侧电压Udc的一半，则网侧电流is 增大（或减小），网侧电流is对电容 C1进行充电，而电 容C1和C2都对负载放电。（ 电容电压不平衡）
第7章直流电源ppt课件
1. 电路
2.工作原理 上升阶段:电源给负载 供 电，同时又给电容器C充 电，形成om段波形。
第七章 直流电源
下降阶段：在m点之后，电压下降，在n点之后，二极 管承受反向电压而截止，电容对负载电阻放电， 按放 电曲线nh下降，直到 的下一个半周 电源电压大于电 容电压时，二极管导通，电容器再次被充电。
二、工作原理
正常工作状态时 UF=UREF uA 0 放大器B的输出 只与三角波发生器产生的三角波有关，即放大器B的 输出脉冲电压的占空比q=50%；
UI的增加使输出电压增加时，UF UREF 放大器A输 出负电压 , T的导通时间变短了,输出电压下降。
第七章 直流电源
第五节 可控硅整流电路
一、可控硅的结构与导通条件 二、单结晶体管及触发电路 三、单相桥式可控整流电路
第七章 直流电源
一、可控硅的结构与导通条件
可控硅 (thyristor) 也称晶闸管 1.结构 四层半导体材料组成，
形成三个PN结
2.导通条件
①阳极和阴极之间加 正向电压UAK。 ②控制极和阴极之间 加正向触发电压UG。
第七章 直流电源
可控硅导通后，控制极便失去作用，依靠正反馈 仍可维持导通状态。 3. 关断的条件：
第七章 直流电源
2．单结晶体管的伏安特性曲线
突变点P称峰点，对应P点的电压UE称峰点电压 UP、电流IE称峰点电流IP。
曲线中的最低点V 称谷点，对应的电压和 电流分别称谷点电压UV 和谷点电流IV。 截止区、负阻区、饱和区
第七章 直流电源
3．单结晶体管振荡电路
接通电源后，经电阻R1和RP充电，电容电压uC 逐渐升高。
三、工作原理
当 uA ＞uT时，T导通，电源 通过调整管T向负载供电和 给电容C充电，同时电感L 储存能量。二极管D承受反 向电压而截止。
2.工作原理 上升阶段:电源给负载 供 电，同时又给电容器C充 电，形成om段波形。
第七章 直流电源
下降阶段：在m点之后，电压下降，在n点之后，二极 管承受反向电压而截止，电容对负载电阻放电， 按放 电曲线nh下降，直到 的下一个半周 电源电压大于电 容电压时，二极管导通，电容器再次被充电。
二、工作原理
正常工作状态时 UF=UREF uA 0 放大器B的输出 只与三角波发生器产生的三角波有关，即放大器B的 输出脉冲电压的占空比q=50%；
UI的增加使输出电压增加时，UF UREF 放大器A输 出负电压 , T的导通时间变短了,输出电压下降。
第七章 直流电源
第五节 可控硅整流电路
一、可控硅的结构与导通条件 二、单结晶体管及触发电路 三、单相桥式可控整流电路
第七章 直流电源
一、可控硅的结构与导通条件
可控硅 (thyristor) 也称晶闸管 1.结构 四层半导体材料组成，
形成三个PN结
2.导通条件
①阳极和阴极之间加 正向电压UAK。 ②控制极和阴极之间 加正向触发电压UG。
第七章 直流电源
可控硅导通后，控制极便失去作用，依靠正反馈 仍可维持导通状态。 3. 关断的条件：
第七章 直流电源
2．单结晶体管的伏安特性曲线
突变点P称峰点，对应P点的电压UE称峰点电压 UP、电流IE称峰点电流IP。
曲线中的最低点V 称谷点，对应的电压和 电流分别称谷点电压UV 和谷点电流IV。 截止区、负阻区、饱和区
第七章 直流电源
3．单结晶体管振荡电路
接通电源后，经电阻R1和RP充电，电容电压uC 逐渐升高。
三、工作原理
当 uA ＞uT时，T导通，电源 通过调整管T向负载供电和 给电容C充电，同时电感L 储存能量。二极管D承受反 向电压而截止。
脉冲整流器工作原理
脉冲整流器工作原理
脉冲整流器工作原理是将交流信号转变为直流信号的电子装置。
其基本原理如下：
1. 输入电源：脉冲整流器的输入是交流电源，通常为外部供电或变压器输出的交流信号。
2. 变压器：输入的交流电信号首先经过一个变压器。
变压器能够将交流信号的电压变换为适当的数值，以满足后续电路的要求。
3. 整流管：在变压器之后，交流信号进入一个整流管。
整流管通常是一个二极管，其特性是只能允许电流沿一个方向通过。
4. 整流：当交流信号的电压大于整流管的正向电压临界值时，整流管会打开，电流通过。
这时，交流信号的负半周期将被阻断，只有正半周期的信号能够通过整流管。
5. 滤波电容：整流后得到的信号仍然是脉冲状的直流信号。
为了使信号更加稳定，需要在整流后加上一个滤波电容。
滤波电容能够平滑输出信号的脉冲部分，使其更加接近直流信号。
6. 输出：经过滤波处理后的直流信号即为脉冲整流器的输出信号，可以用于驱动各种需要直流电源的设备。
综上所述，脉冲整流器通过变压器和整流管将交流信号转换为
直流信号，再通过滤波电容平滑输出，实现将交流电源转换为直流电源的功能。
脉冲整流器说明书讲解
CHOP OUTPUT
MODE
CV
V/A
TIME/COUNT
CLEAR
SET/RUN PRESET/COUNT
COUNT RESET
CC
PERIOD
TOTAL
REMOTE
SLOPETIME MEMORY No.
PANEL
CV
DISP
REMOTE
START
CC
SELECT
PANEL
STOP
高频整流机
输出正极铜排 OUTPUT
能引发火警。
5、后板控制端子接线说明：
a、“ON+/On-”：外部控制整流器启动/停止，接通电源开关，电源灯亮时， 两端子从断开到接通时，整流器有输出；两端子从接通到断开时，整 流器关断输出；
b、“ALM1/ALM2”为电源报警常开触点，有故障时为闭合状态,可外接报警 灯;
三、注意事项 1、 输出连接保证接触面导电性良好（光滑无毛刺），用铜螺钉或不锈钢螺
- 8-
操作
面板控制和显示功能说明 本电源的电源开关、输出电压调节、输出电流调节、稳压/稳流转换功能、
启动、时间控制等都在面板上操作。
SDD- (A)
(C) (D) (E) ⑨
⑩
②
①
①
②
(A
①
)
(A
)
⑧
⑦
(J) ①
② ( I ) ③ (H) ④ (G) ⑤
(F) ⑥
（E）右下段数值显示：显示脉冲个数、频率等各种参数数值； （F）远程/面板状态显示：亮灯表示现处于远程控制状态；
* 操作键：使用「REMOTE / PANEL」键⑤可进行切换操作。 注：本机不带此功能；。 （G）显示窗口数值内容指示： 「V/A」 亮灯表示数值显示窗口显示运行时的电压 / 电流 （运行中）； 「SET/RUN」亮灯表示（A）（B）显示窗口数字为电压/电流设定和实际
MODE
CV
V/A
TIME/COUNT
CLEAR
SET/RUN PRESET/COUNT
COUNT RESET
CC
PERIOD
TOTAL
REMOTE
SLOPETIME MEMORY No.
PANEL
CV
DISP
REMOTE
START
CC
SELECT
PANEL
STOP
高频整流机
输出正极铜排 OUTPUT
能引发火警。
5、后板控制端子接线说明：
a、“ON+/On-”：外部控制整流器启动/停止，接通电源开关，电源灯亮时， 两端子从断开到接通时，整流器有输出；两端子从接通到断开时，整 流器关断输出；
b、“ALM1/ALM2”为电源报警常开触点，有故障时为闭合状态,可外接报警 灯;
三、注意事项 1、 输出连接保证接触面导电性良好（光滑无毛刺），用铜螺钉或不锈钢螺
- 8-
操作
面板控制和显示功能说明 本电源的电源开关、输出电压调节、输出电流调节、稳压/稳流转换功能、
启动、时间控制等都在面板上操作。
SDD- (A)
(C) (D) (E) ⑨
⑩
②
①
①
②
(A
①
)
(A
)
⑧
⑦
(J) ①
② ( I ) ③ (H) ④ (G) ⑤
(F) ⑥
（E）右下段数值显示：显示脉冲个数、频率等各种参数数值； （F）远程/面板状态显示：亮灯表示现处于远程控制状态；
* 操作键：使用「REMOTE / PANEL」键⑤可进行切换操作。 注：本机不带此功能；。 （G）显示窗口数值内容指示： 「V/A」 亮灯表示数值显示窗口显示运行时的电压 / 电流 （运行中）； 「SET/RUN」亮灯表示（A）（B）显示窗口数字为电压/电流设定和实际
简单剖析脉冲整流器原理应用技术
简单剖析脉冲整流器原理应用技术脉冲整流器是一种电子器件，常用于将输入交流电转换为输出直流电。
它的原理是利用二极管的导电特性，将负半周的交流电信号转换为正半周的输出信号。
脉冲整流器主要有单相半波整流器、单相全波整流器和三相整流桥等类型。
在单相半波整流器中，通过一个二极管将正半周的输入信号导通，而负半周的输入信号则被阻断。
在单相全波整流器中，通过两个二极管和一个中心点电位的电阻器，将正负两半周的输入信号分别转换为正半周的输出信号。
三相整流桥则是基于全波整流器的基础上，通过三个相间120度的相移角，将输入的三相交流电转换为输出直流电。
脉冲整流器有很多应用技术。
首先，在电源中，脉冲整流器可以将交流电转换为直流电，供给电子设备使用。
这种技术广泛应用于各种电子设备、计算机和通信系统等领域。
其次，脉冲整流器还可以用于电动机驱动系统中，通过将交流电信号整流为直流电信号，用于电动机的驱动和控制。
这种技术在工业自动化和机械运动控制等领域中有广泛应用。
此外，脉冲整流器还能够用于电磁波测量和通信系统中，通过将交流电信号转换为直流电信号，实现对电磁波的测量和通信的接收与发送。
脉冲整流器的应用技术还包括嵌入式系统中的电源管理和电池充电器等领域。
在嵌入式系统中，脉冲整流器可以用于电源管理，实现对电子设备的电源进行管理和控制，以提高能效和延长电池寿命。
在电池充电器中，脉冲整流器可以将交流电信号转换为适合电池充电的直流电信号，以实现对电池的充电。
这种技术在电动汽车、移动通信设备和便携式电子设备等领域中得到广泛应用。
此外，脉冲整流器还可以用于光伏发电系统中，通过将交流电信号转换为直流电信号，实现对太阳能电池板的电能收集和转换。
这种技术在可再生能源领域中得到广泛应用。
最后，脉冲整流器还可以用于信号处理和传感器技术中，通过将交流信号转换为直流信号，实现对信号的处理和传感器的测量。
这种技术在控制系统、测量仪器和传感器技术等领域中得到广泛应用。
两电平脉冲整流器主电路PPT课件
2019/10/13
5
2019/10/13
两电平脉冲整流器的 工作原理
6
由于上桥臂与下桥臂不能够出现直通,则Sa1与Sa2、SB1与SB2不能同时导通和关断,驱动信号应该相 反。PWM整流器网侧输入端电压 Uab取值有 Ud、0 、-Ud三种电平 ,有效的开关组合有 22=4 种,即 SA,SB,=00、01、10、11四种逻辑,则PWM整流器输入端电压Uab有如下关系:
2019/10/13
1
在交流传动电力机车和动车组上，脉冲整流器是列车牵引传动系统 中的网侧变流器。网侧脉冲整流器能够保持中间直流电路电压恒定， 方便地实现牵引和再生工况，并且保持电网基波功率因素接近1，减 轻对电网环境的电磁干扰。
在列车牵引时起整流作用，将单相交流转变成直流电；再生制动时 起逆变作用，将直流电转变成单相交流电回馈给牵引供电电网。
2）uN 0和iN 0时，D2和D3导通，LN向绕组和直流侧电容充 电，iN幅值减小， LN 释放能量
2019/10/13
9
电感所释放的能量，导致电感的电流下降，一方面给电容
充电，使得直流电压上升，
保证直流电压稳定，同时高次谐波电流通过电容形成低阻
抗回路；另一方面，给负载提供恒定的电流。
工作模式3： uab
Uab=(SA - SB )Ud
2019/10/13
7
UN
LN
diN dt
0 工作模式1：Uab
，电容Cd 向负载供电，直流电压通过负载形成回路释放能量，直流电压下降，牵引绕组两
端电压UN 直接加在电感LN 上，对电感进行充放电。
1） UN
0和iN
0时，
D1和T3导通或
第7章用555定时器组成的脉冲电路PPT课件
第 7章 脉冲波形的产生与变换
实际中有时需要矩形波的脉冲宽度可变，图9.3.3就是
一个占空比可调的多谐振荡器电路。图中，二极管V1和V2
使电容C的充电和放电路径不同，当V管截止时，电源VDD
经过R1、V1对电容C充电; V管导通时，电容C通过V2、R2和
V管放电，充、 放电时间常数可通过调节电位器RW来改变。
U5值5R5。2定C时O13端器V不D）D用，。时它电，向压可比控外较制接器端0A.和C0O1B也μ提可供F的外参去加考耦控电电制压容电：U，压R以改1 消变32除参V干考DD扰电, 压，
保证参考电压不变。
（2）比较器：集成运算放大器A、B组成两个电压比较器，
每个比较器的两个输入端标有+号和-号。当U+＞U-时，比较器 输出高电平; 当U+<U-时，比较器输出低电平。
示为一种典型的石英晶体多谐振荡器电路。
江西农业工程职业学院
第 7章 脉冲波形的产生与变换
x
电
感
性
0
f0
f
电容性
R1
R2
1
C1
1
uo
G1
C2
G2
(a)
(b)
图7.3.5 (a)石英晶体的符号和阻抗频率特性; （b）石英晶体多谐振荡器电路
江西农业工程职业学院
第 7章 脉冲波形的产生与变换
图中，门G1、G2及R1、R2、C1、C2构成基本多谐振 荡器，它只有两个暂稳态：一个非门导通，另一个非门 截止。假设G1导通，G2截止，则C1充电，C2放电。当C1 充电到使G2输入端电平达到阈值电压UT时，G2转到导通， 同时C2的放电也使G1转为截止， 电路进入另一暂稳态： G1截止，G2导通，C1放电，C2充电。当C2充电到使G1输 入端电平达到阈值电压UT时，G1又转为导通，同时C1放 电使G2又转为截止 …… 如此周而复始，输出uo即为连续 的矩形波。
脉冲电路
脉冲发生器按产生脉冲信号的方式可分 为两大类：一类是通过波形变换电路产生脉 冲信号，如单稳态触发器、双稳态触发器； 另一类是通过电路自激振荡产生脉冲信号， 如多谐振荡器、单结晶体管振荡器和间歇振 荡器等。下面的介绍从分立元件构成的多谐 振荡器入手，分析其工作原理。
一. 多谐振荡器
1. 分立元件组成的多谐振荡器 由于方波含有极丰富的谐波，
加到运放同相输入端的电压u式中第一项为参考电压单独对同相端的作用是固定的第二项为输出电压单独对同相端的作用随u的饱和值为uohoh时同相端电压uoh时同相端电压u回差电压由外接电阻roh决定若电路确定后改变脉冲波形的整形受到干扰的输入波形顶部不平整且输入信号波形顶部恰好在此电平上下变化整形后波形于波形顶部变化的最小值整形后波形
第二节 晶体管反相器
一. 晶体三极管的开关特性 晶体三极管不仅有放大作用，而且还有开关作用。在
脉冲数字电路中就是利用三极管的开关作用。 由其特性曲线知，当基极电流Ib≤0时，晶体管工作在
截止区。此时集电极电流Ic≈0，晶体管的发射结和集电结 均处于反向偏置，相当于开关断开。当Ib由零逐渐上升时， 晶体管的工作状态由截止区进入放大区，一旦Ib继续上升 达到临界饱和电流Ibs时，三极管处于临界饱和状态，如再 增大Ib，使Ib>Ibs，三极管进入饱和区。此时集射极电压 Uce接近于零，Ib基本上失去了对Ic的控制能力，相当于开 关接通。
电平渐移，对信号
放大、变换和计数等会 造成困难。为了克服这 个缺点，对电路进行改 造，在电阻R上并联一 个二极管 D。
输入波形 输出波形
当输入电压如图所示时，电容通过电阻R充电， 由于电阻值较大，充电缓慢，Uo下降极微；而电 容放电却经过二极管D，因D正向电阻很小，电容 放电迅速，输出电压不可能达到负值，如图所示， 于是输出信号的零电平就被钳在零电平线上。这 种钳位叫做正脉冲底部钳位。该电路又称为零电 平底部钳位器。
电力电子技术 第七章：脉冲整流
谐波含量低，减少对电网污染；
体积小、重量轻、动态响应快。
二、基本原理
控制目标：使交流侧电 流与电压同相位
u N (t ) 2U N sin t
i N (t ) 2I N sin t
Pd (t ) ud (t ) id (t ) PN (t ) u N (t ) iN (t ) U N I N (1 cos 2t )
+
IN uN
LN us
T2
A
T4
2
L2 Cd C2 ud
B
4
D D 变流器工作模式及能流关系（网压 uN (t) 为正半波时）
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
T1
T3 D1 D3
+
IN uN
LN us
u C 变流器工作模式及能流关系（网压 uN (t) 为正半波时） B C T T
d d
CN
Ld Id
T1
T3
负 载
T2
T4
图7.15 电流型单相PWM整流器
与电压型类似，根据各功率器件的工作状态及能量流 向，变流器的工作模式也可分成3类12种模式： （1）电源断接（us=0）：电源与CN交换能量（4种） （2）整流：变流器从交流电源或CN吸收能量（4种） （3）逆变：变流器向交流电源或CN泄放能量（4种）
1、直接电流控制——电流跟踪控制
双闭环控制系统 根据外环的比较结果确定参考电流幅值和极性
根据内环的比较结果确定功率开关的通/断状态 特点： 控制系统简单； u 电流响应快； + u 开关频率不固定， 滤波困难。
* d
iaibic
-
PI
id
两电平脉冲整流器的工作原理
Sb
1, T3 on,T4 off 0, T4 on,T3 off
4
工作模式 1 (Sa=1， Sb=1)：
T1
T3 D1
i2 i1 D3
i1
1
i2
Ls Rs a
us
is
uab
L2
b
Cd
Udc
Load
us
Ls Rs a
Sa
is
0 uab
L2
b
1 Sb
Cd
U dc
Load
T2
T4 D2
D4 C2
0
C2
开关管 T1 (或D1) 和 T 3 (或 D3)导通， T2 (或D2)和T4 (或D4) 关断， uab=0。如果网侧电压 us>0，则网流 is 增大，网侧 电源 us给电感 Ls充电，直流侧电容 Cd 将对负载放电 .
5
工作模式 2 (Sa=1， Sb=0)：
T1
T3
i2 i1
D1
D3
i1 i2 1
一 二 牵引逆变器工作原理及其控制 3三 异步牵引电机控制
1.1 脉冲整流器概述 1.2 两电平脉冲整流器的工作原理分析
创新、自主研发
1.3 三电平脉冲整流器的工作原理分析 1.4 四象限脉冲整流器的控制与调制技术
3
T1
T3
i 2 i1
i1
D1
D3
1
i2
Ls Rs
a
us
i s uab
L2
b
Cd
Ls Rs
a
us
i s uab
L2
b
Cd
Udc
Load us
Байду номын сангаас
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院 7-33
脉冲整流器
二次滤波回路L2、C2：用于限制直流侧二次谐波 电压，从而减小id中的二次谐波电流。其谐振频 率为基波频率的2倍。
iN 1 (t )u N (t ) I N 1U N ud (t ) (1 cos 2t ) id (t ) Id
0
(b)
2 Id
3
ωt
图2-34 对称角控制的电压电流波形
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-7
脉冲整流器 （3）脉冲宽度控制（PWM脉冲整流）：
使位移因数达到1，并同时提高畸变因数
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-8
概述
脉冲整流器
二、脉冲整流器的特点
电压型脉冲整流器
脉冲整流器
（3）基本电量关系： 设uN(t)=UNmsinω Nt，且忽略线路电阻
整流工况： IN1m=UNmtanφ/ ωNLN——得φ US1m=UNm/cosφ ——得US1m
uS1(t)=US1msin(ωNt-φ) ——得uS1(t)
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
T1 , T3
COS1
id
0
ωt
(b)
u , i 1
u
i1
0
i
Id
T1 T2
2
3
ωt
T1
(c) 2－30 单相桥式整流器及电压电流波形
（a）单相桥式整流电路（b）全控整流波形（c）半控整流波形
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-5
脉冲整流器 3、强迫换相
iT 1 u2
7-23
电压型脉冲整流器
IN LN uN
T1
D1
（4）uS、uN 和 iN 波形☆
整流（牵引）
us
T2
A
脉冲整流器 D L
3
T3
+
2
T4 D2
B
D4
C2
Cd
ud
-
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-24
电压型脉冲整流器
脉冲整流器 US1m=UNm/cos φ uS1(t)=US1msin(ωNt+φ)
脉冲整流器
本章内容
7.1 概述 7.2 电压型脉冲整流器 7.3 电流型脉冲整流器
7.4 电流型脉冲整流器与电压型脉冲整流
器的性能特点比较
7.5 脉冲整流器的应用
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-1
脉冲整流器
7 . 1 概述
一、脉冲整流器的发展背景
• 相控整流器的不足☆
功率因数低
谐波含量大
Um
u2 U m sin t
0
ud
i
2
3
ωt
T3 iT 3
id I d
Um
T1
0
iT 1 Id
u2
i2
2
3
ωt
T4
ud T2
负载
0
iT 3
2
3
ωt
iT 4
iT 2
0
(a) 图2-33 单相全控桥熄灭角控制的电压电流波形
(a)主电路 (b)电压电流波形
iT 4
0
Id
2
3
ωt
2 2 3
ωt
iT 2
i2
0
Id
2
2 3
ωt
0
(1)熄灭角控制
(b)
2 Id
t 3 ω
获超前相移因数，对整个电力系统有利。
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院 7-6
脉冲整流器 (2)对称角控制：使位移因数为1
• 提高相控整流器功率因数的措施☆
多段桥（多重化）；
全控桥工作于半控状态； 斩控整流（强迫换相）。
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院 7-2
脉冲整流器 1、多段桥——串联变流器的顺序控制 顺序控制基本思想：将几个变流器串联，根据输 出电压的要求对它们进行不同的控制，其中只有一 个变流器处于相控状态，其余变流器处于续流或满 输出状态。
脉冲整流器
T1
T3 D1 D3
+
IN uN
LN us
T2
A
T4 D2
L2 C2 Cd ud
B
D4
-
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-16
脉冲整流器
7 . 2 电压型脉冲整流器
一、单相电压型脉冲整流器的结构
１、基本结构 2、各元件的作用☆ 支撑电容Cd：用于滤波，使直流侧电压恒定。 交流侧电感LN：用于实现对PWM整流器交流侧 电压us1的调节从而实现对功率因数的调节，同 时也限制交流侧谐波电流。
逆变工况： IN1m=UNmtanφ/ ωNLN
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-25
电压型脉冲整流器
脉冲整流器
uS、uN 和 iN 波形☆
逆变（再生）
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-26
电压型脉冲整流器
脉冲整流器
uS、uN 和 iN 波形☆
理想空载
2018/10/12
Um
u2 U m sin t
0
2
3
ωt
iT 1 T 1 i2 T2
Um
id Id
0
iT 1
Id
2
3
ωt
u2
iT 2
D3 iD3
ud
负载
D1
D2
0
iT 2 2
2
t 3 ω
(a)
Id
0
i2
Id
2
3
ωt
电压型脉冲整流器
IN LN uN
T1 D1
整流器工作模式及能流关系
（网压 uN (t) 为正半波时）
us
T2
A
脉冲整流器 D L
3
T3
+
2
T4 D2
B
D4
C2
Cd
ud
-
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-30
电压型脉冲整流器
IN LN uN
T1
• 若在交流侧接电源uN和阻抗（电抗）LN，并 控制us的频率与电源同频率则有：
U N U s1 j N LN I N 1 调节U s 的幅值和相角 ， 就可以调节I N 的幅值和相角 。
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院 7-10
概述
脉冲整流器
• 如果控制 U ，使 U 的端点在与 U N 垂直且 与其端点相交的直线上，则可以使交流侧的
s1
s1
cos 1
——脉冲整流器的基本思想
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-11
脉冲整流器 四、分类：按直流侧的电压和电流情况分类 1、电压型脉冲整流器 特征：直流侧电压恒定 ，即：ud (t) = Ud ，并且
概述
Ud
2 UN（正常工作的条件☆）
uN
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院
北京交通大学电气工程学院
7-20
电压型脉冲整流器
脉冲整流器 1、间接电流控制——根据相量方程（相量图）产 生合适的Us1 。 （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 阻的条件下有：
U
N
U s1 j LN
N
I
N1
在PWM控制方式下us1的幅值和相位均可控 ， 因此iN1的幅值和相位也可控。
整流器工作模式及能流关系 （网压 uN (t) 为正半波时）
us
T2
D 脉冲整流器 L A D1
3
T3
+
2
T4 D2
B
D4
C2
Cd
ud
-
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-31
பைடு நூலகம் 电压型脉冲整流器
脉冲整流器
四、三相电压型脉冲整流器
主电路结构
T1 T3 A D1 B T4 T6 D 4 T2 D6 C D2 T5 D3 D5 + +
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院 7-17
脉冲整流器
2、各元件的作用☆ 二次滤波回路L2、C2：用于提供2次谐波电流通 路，限制直流侧二次谐波电流，从而减小ud中的 二次谐波电压。其谐振频率为基波频率的2倍。
iN 1 (t )u N (t ) I N 1U N id (t ) (1 cos 2t ) ud (t ) Ud
E120机车的电源侧变流器
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院 7-14
概述
脉冲整流器
Id LN u T1 us T2 D2 D1 A B T4 D4 C2
脉冲整流器
二次滤波回路L2、C2：用于限制直流侧二次谐波 电压，从而减小id中的二次谐波电流。其谐振频 率为基波频率的2倍。
iN 1 (t )u N (t ) I N 1U N ud (t ) (1 cos 2t ) id (t ) Id
0
(b)
2 Id
3
ωt
图2-34 对称角控制的电压电流波形
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-7
脉冲整流器 （3）脉冲宽度控制（PWM脉冲整流）：
使位移因数达到1，并同时提高畸变因数
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-8
概述
脉冲整流器
二、脉冲整流器的特点
电压型脉冲整流器
脉冲整流器
（3）基本电量关系： 设uN(t)=UNmsinω Nt，且忽略线路电阻
整流工况： IN1m=UNmtanφ/ ωNLN——得φ US1m=UNm/cosφ ——得US1m
uS1(t)=US1msin(ωNt-φ) ——得uS1(t)
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
T1 , T3
COS1
id
0
ωt
(b)
u , i 1
u
i1
0
i
Id
T1 T2
2
3
ωt
T1
(c) 2－30 单相桥式整流器及电压电流波形
（a）单相桥式整流电路（b）全控整流波形（c）半控整流波形
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-5
脉冲整流器 3、强迫换相
iT 1 u2
7-23
电压型脉冲整流器
IN LN uN
T1
D1
（4）uS、uN 和 iN 波形☆
整流（牵引）
us
T2
A
脉冲整流器 D L
3
T3
+
2
T4 D2
B
D4
C2
Cd
ud
-
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-24
电压型脉冲整流器
脉冲整流器 US1m=UNm/cos φ uS1(t)=US1msin(ωNt+φ)
脉冲整流器
本章内容
7.1 概述 7.2 电压型脉冲整流器 7.3 电流型脉冲整流器
7.4 电流型脉冲整流器与电压型脉冲整流
器的性能特点比较
7.5 脉冲整流器的应用
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-1
脉冲整流器
7 . 1 概述
一、脉冲整流器的发展背景
• 相控整流器的不足☆
功率因数低
谐波含量大
Um
u2 U m sin t
0
ud
i
2
3
ωt
T3 iT 3
id I d
Um
T1
0
iT 1 Id
u2
i2
2
3
ωt
T4
ud T2
负载
0
iT 3
2
3
ωt
iT 4
iT 2
0
(a) 图2-33 单相全控桥熄灭角控制的电压电流波形
(a)主电路 (b)电压电流波形
iT 4
0
Id
2
3
ωt
2 2 3
ωt
iT 2
i2
0
Id
2
2 3
ωt
0
(1)熄灭角控制
(b)
2 Id
t 3 ω
获超前相移因数，对整个电力系统有利。
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院 7-6
脉冲整流器 (2)对称角控制：使位移因数为1
• 提高相控整流器功率因数的措施☆
多段桥（多重化）；
全控桥工作于半控状态； 斩控整流（强迫换相）。
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院 7-2
脉冲整流器 1、多段桥——串联变流器的顺序控制 顺序控制基本思想：将几个变流器串联，根据输 出电压的要求对它们进行不同的控制，其中只有一 个变流器处于相控状态，其余变流器处于续流或满 输出状态。
脉冲整流器
T1
T3 D1 D3
+
IN uN
LN us
T2
A
T4 D2
L2 C2 Cd ud
B
D4
-
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-16
脉冲整流器
7 . 2 电压型脉冲整流器
一、单相电压型脉冲整流器的结构
１、基本结构 2、各元件的作用☆ 支撑电容Cd：用于滤波，使直流侧电压恒定。 交流侧电感LN：用于实现对PWM整流器交流侧 电压us1的调节从而实现对功率因数的调节，同 时也限制交流侧谐波电流。
逆变工况： IN1m=UNmtanφ/ ωNLN
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-25
电压型脉冲整流器
脉冲整流器
uS、uN 和 iN 波形☆
逆变（再生）
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-26
电压型脉冲整流器
脉冲整流器
uS、uN 和 iN 波形☆
理想空载
2018/10/12
Um
u2 U m sin t
0
2
3
ωt
iT 1 T 1 i2 T2
Um
id Id
0
iT 1
Id
2
3
ωt
u2
iT 2
D3 iD3
ud
负载
D1
D2
0
iT 2 2
2
t 3 ω
(a)
Id
0
i2
Id
2
3
ωt
电压型脉冲整流器
IN LN uN
T1 D1
整流器工作模式及能流关系
（网压 uN (t) 为正半波时）
us
T2
A
脉冲整流器 D L
3
T3
+
2
T4 D2
B
D4
C2
Cd
ud
-
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-30
电压型脉冲整流器
IN LN uN
T1
• 若在交流侧接电源uN和阻抗（电抗）LN，并 控制us的频率与电源同频率则有：
U N U s1 j N LN I N 1 调节U s 的幅值和相角 ， 就可以调节I N 的幅值和相角 。
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院 7-10
概述
脉冲整流器
• 如果控制 U ，使 U 的端点在与 U N 垂直且 与其端点相交的直线上，则可以使交流侧的
s1
s1
cos 1
——脉冲整流器的基本思想
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-11
脉冲整流器 四、分类：按直流侧的电压和电流情况分类 1、电压型脉冲整流器 特征：直流侧电压恒定 ，即：ud (t) = Ud ，并且
概述
Ud
2 UN（正常工作的条件☆）
uN
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院
北京交通大学电气工程学院
7-20
电压型脉冲整流器
脉冲整流器 1、间接电流控制——根据相量方程（相量图）产 生合适的Us1 。 （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 阻的条件下有：
U
N
U s1 j LN
N
I
N1
在PWM控制方式下us1的幅值和相位均可控 ， 因此iN1的幅值和相位也可控。
整流器工作模式及能流关系 （网压 uN (t) 为正半波时）
us
T2
D 脉冲整流器 L A D1
3
T3
+
2
T4 D2
B
D4
C2
Cd
ud
-
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
2018/10/12
北京交通大学电气工程学院
7-31
பைடு நூலகம் 电压型脉冲整流器
脉冲整流器
四、三相电压型脉冲整流器
主电路结构
T1 T3 A D1 B T4 T6 D 4 T2 D6 C D2 T5 D3 D5 + +
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院 7-17
脉冲整流器
2、各元件的作用☆ 二次滤波回路L2、C2：用于提供2次谐波电流通 路，限制直流侧二次谐波电流，从而减小ud中的 二次谐波电压。其谐振频率为基波频率的2倍。
iN 1 (t )u N (t ) I N 1U N id (t ) (1 cos 2t ) ud (t ) Ud
E120机车的电源侧变流器
2018/10/12 北京交通大学电气工程学院 7-14
概述
脉冲整流器
Id LN u T1 us T2 D2 D1 A B T4 D4 C2