两电平脉冲整流器主电路
脉冲整流器主电路及其控制(由于公式编辑器版本问题不能保存为PPT格式)
（5 - 11）
《电力牵引交流传动及其控制系统》
牵引工况
综上，得脉冲整流器的电压向量平衡方程：
《电力牵引交流传动及其控制系统》
把有关参数代入式（5 - 11），经简 化后可求得这种状态下的相应功率 为：
牵引工况
《电力牵引交流传动及其控制系统》
工作原理
牵引工况
再生制动 工况
《电力牵引交流传动及其控制系统》
脉冲整流器等效电路
由图可知： 二次牵引绕组电压 阻抗
阻抗角
《电力牵引交流传动及其控制系统》
脉冲整流器在能量变换过程中的功率关系：
牵引工况
由复功率的计算公式：
得脉冲整流器吸收的复功率为：
脉冲整流器向量图
《电力牵引交流传动及其控制系统》
交流电源提供的复功率为：
牵引工况
根据等号左右两边实部、虚部分别对应相等，则有：
1 2 3
引言
脉冲整流电路的等效电路模型 脉冲整流电路的工作原理
4
中间直流回路的功能与参数
小组分工
姓名 XXX XXX XXX XXX XXX 学号 2013 2013 2013 2013 2013 完成任务
查找资料、回答问题
查找资料、回答问题
PPT引言部分文字摘取、查找资料 制作PPT后12页、讲解 制作PPT前28页、PPT排版及动画、讲解
《电力牵引交流传动及其控制系统》
支撑电容器
在理想情况下，特别是负载完全是一个电阻时，是不需要 一个储能器的，流到负载上的是一个纯直流分量。 在实际情况中，由于以下原因，在中间直流电路中，我们 还需要添加一个由电容器构成额外的一个储能器。
原因如下:
（1）在脉宽调制过程中产生的与脉冲整流器，逆变器交换 无功功率和谐波功率。 （2）与异步电动机交换无功功率。 （3）中间直流电路存在线路阻抗，二次谐波电流不全部通 过串联谐振电路。支撑电容器还要与变压器漏电感交换无功 功率。
平脉冲整流器主电路
平脉冲整流器输出的直流电压具有平稳的波形，且脉动较小，适用于需要平滑 直流电源的场合。
电路组成
输入滤波器
整流器的谐 波分量，提高电源质量。
由开关管、二极管、电 感和电容等元件组成， 实现交流到直流的转换。
用于减小输出电压的脉 动，提高输出电压的稳
平脉冲整流器主电路
目 录
• 平脉冲整流器概述 • 主电路设计 • 平脉冲整流器性能分析 • 平脉冲整流器实验与测试 • 平脉冲整流器应用案例
01 平脉冲整流器概述
工作原理
整流器工作原理
平脉冲整流器通过控制开关的通断，将交流电转换为直流电。在正向周期内， 开关导通，电流通过整流器；在反向周期内，开关截止，电流被切断。
02
整流桥的常见类型有半波整流桥和全波整流桥，根 据应用需求选择合适的整流桥。
03
整流桥的选择需要考虑电压、电流和功率等参数， 以确保整流器能够满足实际需求。
输出滤波器
输出滤波器的主要作用是滤除整流器输出端的谐 波和噪声，提高输出电压的稳定性。
常见的输出滤波器有电感输出滤波器和电容输出 滤波器两种，根据应用需求选择合适的滤波器。
03
以确保整流器的安全可靠运行。
03 平脉冲整流器性能分析
电压特性
输入电压范围
平脉冲整流器的输入电压范围较宽，能够适应不 同的电源电压，确保稳定的整流效果。
输出电压调节
平脉冲整流器具有输出电压调节功能，可以根据 负载需求调整输出电压，保持输出电压的稳定。
电压波形质量
平脉冲整流器能够改善电压波形的质量，减小谐 波失真，提高输出电压的纯净度。
电流特性
01
02
03
负载电流
平脉冲整流器能够承受较 大的负载电流，满足高功 率应用的需求。
两电平和三电平脉冲整流器的比较
.两电平与三电平的脉冲波形比较电牵二班组员：杨洋20121550曾绍桓 20121543徐刚堂 20121544代思瑶 20121565黄异彩 20121569赵杰 20121571.两电平与三电平的脉冲波形比较我国引进的时速 200 公里动力分散型交流传动动车组中,CRHI、CRHS动车组主电路均采用了两电平全桥整流电路。
为了降低开关管的电压应力和改善PWM 整流器网侧输出波形 ,CRHZ动车组采用了二极管箱位三电平PWM整流器电路结构。
下面主要对这两种电路拓扑的工作原理及数学模型进行分析和研究。
1.1 两电平整流器原理与数学模型单相电压型两电平 Pwm整流器主电路如图 2 一 1 所示 , 网侧漏感 L 二起传递和储存能量 , 抑制高次谐波的作用 ; 支撑电容 Cd 起抑制高次谐波 , 减少直流电压纹波的作用 ; 电感 LZ 和电容 CZ形成串联谐振电路 , 用于滤除电网的 2 次谐波分量。
把开关器件 ( 这里采用 IGBT)视为理想开关元件 , 定义理想开关函数 S, 和 S,, 从而得到如图2 一 2 所示简化等效电路。
两电平 PWM脉冲整流电路两电平 PWM整流器等效电路由于上桥臂与下桥臂不能够出现直通, 则 S1a与 S2a、S1b与 S2 b不能同时导通和关断驱动信号应该互补。
整流器网侧输入端电压 Uab 取值有 Udc、、U三,PWM0 -dc 种电平 , 有效的开关组合有 22 =4 种 , 即 S,S,=00 、01、10、11 四种逻辑 , 则 PWM整流器输入端电压 U有如下关系 :.U ab =（ S A S B） U dc则由式 (2 一 2), 系统的瞬时等值电路如图2一3所示瞬时等值电路由图 2- 3 可见 , 通过不同的控制方法适当调节“ U ab的大小和相位,就能控制输入电流的相位以控制系统功率因数; 同时控制输入电流的大小以控制传入功率变换的能量, 也就控制了直流侧输出电压。
基于DSP单相两电平整流器的PWM控制方法
１引言
随着电力电子技术和计算机技术的发展，ＰＷＭ 变流技术已广泛用于工业领域和铁路牵引传动系统 中。由于我国电气化铁路采用单相工频交流 ２５ ｋＶ 供电，对于使用三相异步牵引电机的交流传动电力 机车来说，单相电压型 ＰＷＭ 整流器是传动系统的 一个重要组成部分［１－ ３］。与传统的二极管不控整流相 比，单相 ＰＷＭ 整流器具有功率因数高，输入电流谐 波含量低，能量能够双向流动等优点，因此可有效减 小对电网的污染，并节约电力资源。
（１） （２）
采用理想开关表示后，其等效电路如图 ２ 所示。
整流器的输入端电压 ｕａｂ 取值有＋Ｕｄｃ，０，－ Ｕｄｃ 三 种电平，有效的开关组合有 ２２ 种，即 Ｓａ，Ｓｂ＝００，０１， １０，１１ 四种逻辑，则整流器的输入端电压为：
ｕａｂ＝（Ｓ１－ Ｓ２）Ｕｄｃ
（３）
由基尔霍夫定律可得单相两电平 ＰＷＭ 整流器
的数学模型为：
基于 ＤＳＰ 单相两电平整流器的 ＰＷＭ 控制方法
!Ｌ ｄｉｓ # ｄｔ
＝ｕｓ－ ｉｓ Ｒ－（Ｓａ－ Ｓｂ）Ｕｄｃ
# #Ｃｄ
ｄＵｄｃ ｄｔ
＝（Ｓ１－ Ｓ２）ｉＮ－
" #Ｌ２ #
Байду номын сангаас
ｄｉ２ ｄｔ
＝Ｕｄｃ－ ｕＣ２
Ｕｄｃ ＲＬ
－ ｉ２
$#Ｃ２
ｄｕＣ２ ｄｔ
＝ｉ２
（４）
式中：ｕＣ２ 为二次滤波电容 Ｃ２ 上的电压。
（１３）
Ｔ２＝Ｔｓ－ Ｔ１
（１４）
由于两电平 ＰＷＭ 整流器的输入端电压 ｕａｂ 取值
只有＋Ｕｄｃ，０，－ Ｕｄｃ 三种电平，则 Ｕｋ 和 Ｕｋ＋１ 的取值为：
Ｕｋ＝０
（１５）
& Ｕｋ＋１＝
两电平PWM 整流器的调制策略研究(周宏)
两电平PWM 整流器的调制策略研究摘要：众所周知，在传统的整流电路中，晶闸管可控整流装置的功率因数会随着其触角的增加而变坏，这不但使得电力电子类装置成为电网中的主要谐波因素，也增加了电网中无功功率的消耗无论是不控整流电路，还是相控整流电路，功率因数低都是难以克服的缺点。
PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路。
可以最大克服功率因数低，谐波多等问题。
本文详细分析单相电压型PWM整流电路的工作原理和工作模式，说明通过对PWM电路进行控制，选择合适的工作模式和工作时序，可使PWM整流电路的输出直流电压得到有效的稳定。
同时也调节了交流侧电流的大小和相位，实现能量在交流侧和直流侧的双向流动，并使变流装置获得良好的功率因数。
同时通过对输出电压的波形进行实验仿真分析，通过FFT工具对输出电压波形的谐波含量进行分析，以达到最优输出波形。
最后建立其Matlab的仿真模型，验证了设计的正确性。
关键词：单相电压型PWM；整流；功率因数；Matlab仿真；直流侧，第一章绪论1.1 概述PWM调制是现代发展起来的一项技术，早工程上主要有滞环比较法和三角波比较法，较之后者，滞环比较控制的硬件电路简单，属于实时控制，电流响应快对负载的适应性强，由于不需要载波，所以输出电压不含特定频率的谐波分量PWM整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路，能有效地解决传统整流电路存在的问题。
通过对PWM整流电路进行有效的控制，选择合适的工作模式和工作时序，从而调节了交流侧电流的大小和相位，使之接近正弦波并与电网电压同相或反相，不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题，同时也使得变流装置获得良好的功率因数。
1.2 研究意义及背景在所有的静止电力变换电路中，整流电路是最早出现的，常用的整流电路拓扑结构早在二、三十年代使用汞弧整流器时就已成熟[1]-[4]。
除直接使用直流电源的设备外，大部分DC/AC和DC/DC装置的输入直流电压是经不控或相控整流得到的，故整流电路的应用也最广。
两电平PWM-整流器的调制策略研究(周宏)
两电平PWM-整流器的调制策略研究(周宏)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：两电平PWM 整流器的调制策略研究摘要：众所周知，在传统的整流电路中，晶闸管可控整流装置的功率因数会随着其触角的增加而变坏，这不但使得电力电子类装置成为电网中的主要谐波因素，也增加了电网中无功功率的消耗无论是不控整流电路，还是相控整流电路，功率因数低都是难以克服的缺点。
PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路。
可以最大克服功率因数低，谐波多等问题。
本文详细分析单相电压型PWM整流电路的工作原理和工作模式，说明通过对PWM电路进行控制，选择合适的工作模式和工作时序，可使PWM整流电路的输出直流电压得到有效的稳定。
同时也调节了交流侧电流的大小和相位，实现能量在交流侧和直流侧的双向流动，并使变流装置获得良好的功率因数。
同时通过对输出电压的波形进行实验仿真分析，通过FFT工具对输出电压波形的谐波含量进行分析，以达到最优输出波形。
最后建立其Matlab的仿真模型，验证了设计的正确性。
关键词：单相电压型PWM；整流；功率因数；Matlab仿真；直流侧，第一章绪论1.1 概述PWM调制是现代发展起来的一项技术，早工程上主要有滞环比较法和三角波比较法，较之后者，滞环比较控制的硬件电路简单，属于实时控制，电流响应快对负载的适应性强，由于不需要载波，所以输出电压不含特定频率的谐波分量PWM整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路，能有效地解决传统整流电路存在的问题。
通过对PWM整流电路进行有效的控制，选择合适的工作模式和工作时序，从而调节了交流侧电流的大小和相位，使之接近正弦波并与电网电压同相或反相，不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题，同时也使得变流装置获得良好的功率因数。
1.2 研究意义及背景在所有的静止电力变换电路中，整流电路是最早出现的，常用的整流电路拓扑结构早在二、三十年代使用汞弧整流器时就已成熟[1]-[4]。
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
6.两电平脉冲整流器的工作原理
i1
Load
Cd D4 C2
Udc
D2 T4
0
C2
主电路 Uab的取值有Udc 、0和 -Udc三种电平.
1, T3 on,T4 off Sa 0, T4 on,T3 off
等效电路
电路有22 = 4 个开关状态，对应着四种工作模式.
1, T3 on,T4 off Sb 0, T4 on,T3 off
6
Load
us
is
Cd
工作模式3 (Sa=0，Sb=1)：
T1 Ls us is Rs uab T2 D1 a D2 T3 i2 D3 L2 i1
Ls Rs uab a 1 0 b 1 Sb 0 i2 Sa L2 Cd C2 Udc i1
Load
b T4 D4
C2
开关管T2(或D2) 和T3 (或D3)导通，T1 (或D1)和T4 (或D4) 关断， uab=-Udc. 在这种状态下，当电流 is<0，反向电流 给直流侧电容Cd充电.
一
二
牵引逆变器工作原理及其控制
三 3
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
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
创新、自主研发
3
T1 Ls us is Rs uab 2
D1 a
T3
i2 D3 L2 b
i1
Ls Rs uab a 1 0 b 1 i2 Sa L2 Sb
4
Load
us
is
Cd
Udc
工作模式1 (Sa=1，Sb=1)：
T1 Ls us is Rs uab T2 a T4 D1 T3 i2 D3 L2 b D2 D4 i1
两电平和三电平脉冲整流器的比较
两电平与三电平的脉冲波形比较电牵二班组员：杨洋20121550曾绍桓20121543徐刚堂20121544代思瑶20121565黄异彩20121569赵杰20121571两电平与三电平的脉冲波形比较我国引进的时速200公里动力分散型交流传动动车组中,CRHI 、CRHS 动车组主电路均采用了两电平全桥整流电路。
为了降低开关管的电压应力和改善PWM 整流器网侧输出波形,CRHZ 动车组采用了二极管箱位三电平PWM 整流器电路结构。
下面主要对这两种电路拓扑的工作原理及数学模型进行分析和研究。
1.1两电平整流器原理与数学模型单相电压型两电平Pwm 整流器主电路如图2一1所示,网侧漏感L 二起传递和储存能量,抑制高次谐波的作用;支撑电容Cd 起抑制高次谐波,减少直流电压纹波的作用;电感LZ 和电容CZ 形成串联谐振电路,用于滤除电网的2次谐波分量。
把开关器件(这里采用IGBT)视为理想开关元件,定义理想开关函数S,和S,,从而得到如图2一2所示简化等效电路。
两电平PWM 脉冲整流电路 两电平PWM 整流器等效电路由于上桥臂与下桥臂不能够出现直通,则a 1S 与a 2S 、b 1S 与b 2S 不能同时导通和关断,驱动信号应该互补。
PWM 整流器网侧输入端电压ab U 取值有dc U 、0、-dc U 三种电平,有效的开关组合有22=4种,即S,S,=00、01、10、11四种逻辑,则PWM 整流器输入端电压ab U 有如下关系:ab U =（B A S S -）dc U则由式(2一2),系统的瞬时等值电路如图2一3所示瞬时等值电路由图2- 3可见,通过不同的控制方法适当调节“ab U 的大小和相位,就能控制输入电流的相位以控制系统功率因数;同时控制输入电流的大小以控制传入功率变换的能量,也就控制了直流侧输出电压。
因此,通常采用电压外环和电流内环相结合的双闭环控制方式。
此等值电路的电压矢量平衡方程为:ab tiN i d d U R L U N N N N ++= 对应于四个开关的不同工作状态,电路共有以下三种工作模式:工作模式1：B A S S =00或11,即下桥臂开关或上桥臂开关全部导通,则此时“ab U =0,电容d C 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,因此,为了保证直流侧电压的稳定,工作模式1的导通时间比较短,这也是在空间电压矢量调制中,两个零矢量的作用时间要比其他六个矢量的作用时间短的原因。
两电平及多电平变换器介绍
PWM变流器简介电力电子技术的应用包括四大类基本变流电路，即AC-DC（整流）、DC-DC （升降压斩波）、AC-AC（变频变相）、DC-AC（逆变）变流电路。
由此产生的整流器，逆变器，变流器（双向整流逆变）等装置在工业生活中的应用日益广泛，无论是在UPS,新能源发电（光伏、风电），电能质量治理（无功、谐波），还是电动汽车等领域，对系统效率的期望比以往更高。
在市电等级应用领域中，通常采用的是两电平变流器拓扑结构，而多电平变流器拓扑的提出，就是为了实现中高压应用的目标。
本文将对常见的两电平、三电平变流器拓扑原理进行分析介绍。
1.一种典型的两电平-三相电压型桥式PWM变流器电路拓扑如下图所示：图1三相电压型桥式PWM变流器电路直流侧通常只有一个电容器就可以，为了方便分析，画作串联的两个电容器并标出理想中点N。
其基本工作方式为180度导电，即每个桥臂导电角度为180度，同一相（即同一桥）上下两个臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120度。
在任一瞬间，将有三个桥臂同时导通，每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行，因此也称为纵向换流。
下面来分析该电路的工作波形，对于U相输出来说，当V1导通时，Uun=Ud/2；V4导通时，Uun=-Ud/2.因此Uun的波形是幅值为Ud/2的矩形波。
V,W两相情况类似，只是相位依次相差120度。
通常我们所说的几电平指的是逆变器输出的相电压，对两电平而言，逆变器输出的相电压只有上述分析的两种电平：±Ud/2。
负载线电压可分别由公式求出：Uuv=Uun-Uvn；Uvw=Uvn-Uwn；Uwu=Uwn-Uun可以看出负载线电压有三个值：±Ud，0.对该电路的工作原理再作如下说明：在整流运行状态下，Ua>0时，由V4，VD1，VD6（或VD2），Ls组成升压斩波电路。
V4导通时，Ua通过V4，VD6(或VD2)向Ls储能，当V4关断时，Ls储存的能量通过VD1向直流侧电容充电。
动车组传动与控制作业答案(第5章)
《动车组传动与控制》参考答案作业三(5章)一、名词解释：1.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。
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。
2.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。
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。
3.两电平式逆变器：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。
4.三电平式逆变器：逆变器将直流转换为交流。
三电平式逆变器，除了把直流中间环节的正极或负极电位送到电动机上去以外，还可以把直流中间环节的中点电位送到电动机上去，即输出相电压为三种电平。
二、简答题：1.简述牵引变流器的类型及特点。
答：牵引变流器是交流传动系统的核心部件，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。
牵引变流器根据中间直流环节滤波元件的不同，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；电流型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。
现代轨道列车交流传动领域大多都采用电压型变流器。
根据逆变器输出交流侧相电压的可能取值情况，将电压型逆变器分为两电平式和三电平式。
两电平式逆变器，可以把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上去；三电平式逆变器，除了把直流中间环节的正极或负极电位送到电动机上去以外，还可以把直流中间环节的中点电位送到电动机上去，含有较少的谐波，其输出波形得到了改善，但需要更多的器件。
两电平和三电平脉冲整流器的比较
两电平与三电平的脉冲波形比较电牵二班徐刚堂代思瑶两电平与三电平的脉冲波形比较我国引进的时速200公里动力分散型交流传动动车组中,CRHI 、CRHS 动车组主电路均采用了两电平全桥整流电路。
为了降低开关管的电压应力和改善PWM 整流器网侧输出波形,CRHZ 动车组采用了二极管箱位三电平PWM 整流器电路结构。
下面主要对这两种电路拓扑的工作原理及数学模型进行分析和研究。
1.1两电平整流器原理与数学模型单相电压型两电平Pwm 整流器主电路如图2一1所示,网侧漏感L 二起传递和储存能量,抑制高次谐波的作用;支撑电容Cd 起抑制高次谐波,减少直流电压纹波的作用;电感LZ 和电容CZ 形成串联谐振电路,用于滤除电网的2次谐波分量。
把开关器件(这里采用IGBT)视为理想开关元件,定义理想开关函数S,和S,,从而得到如图2一2所示简化等效电路。
两电平PWM 脉冲整流电路 两电平PWM 整流器等效电路 由于上桥臂与下桥臂不能够出现直通,则a 1S 与a 2S 、b 1S 与b 2S 不能同时导通和关断,驱动信号应该互补。
PWM 整流器网侧输入端电压ab U 取值有dc U 、0、-dc U 三种电平,有效的开关组合有22=4种,即S,S,=00、01、10、11四种逻辑,则PWM 整流器输入端电压ab U 有如下关系:ab U =（B A S S ）dc U则由式(2一2),系统的瞬时等值电路如图2一3所示瞬时等值电路由图2- 3可见,通过不同的控制方法适当调节“ab U 的大小和相位,就能控制输入电流的相位以控制系统功率因数;同时控制输入电流的大小以控制传入功率变换的能量,也就控制了直流侧输出电压。
因此,通常采用电压外环和电流内环相结合的双闭环控制方式。
此等值电路的电压矢量平衡方程为: 对应于四个开关的不同工作状态,电路共有以下三种工作模式:工作模式1：B A S S =00或11,即下桥臂开关或上桥臂开关全部导通,则此时“ab U =0,电容d C 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,因此,为了保证直流侧电压的稳定,工作模式1的导通时间比较短,这也是在空间电压矢量调制中,两个零矢量的作用时间要比其他六个矢量的作用时间短的原因。
两电平脉冲整流器的工作原理
两电平脉冲整流器的工作原理一、整流器的基本原理整流器是将交流电转换为直流电的电路。
在交流电中，电流的方向是随着时间变化的，而直流电的电流方向是固定的。
因此，在进行整流时，需要将交流电的电流方向变换为固定的方向。
整流器的基本原理是利用一个开关元件将交流电分割成一个个短时期的脉冲，并通过筛选出其中一个方向的脉冲来实现电流方向的变换。
1.输入电路：2.开关电路：整流器的开关电路由一个开关管和一个控制元件组成。
开关管被安装在整流器的输入电路上。
控制元件用于控制开关管的通断。
3.工作原理：当整流器的输入电流为正时，控制元件使开关管导通，此时电流从正输出端流入开关管，然后流出负输出端。
此时整流器输出的直流电与交流电的电流方向一致。
当整流器的输入电流为负时，控制元件使开关管断开，此时电流无法通过开关管，整流器的输出电流为零。
4.过程：整流器将输入的交流电转换为由一串脉冲组成的直流电输出。
整个过程可以分为以下几个阶段：（1）正半周：在正半周的一开始，开关管导通，交流电源的电流经过整流器流入负输出端。
此时，输出电压等于交流电源的正向电压。
（2）关断：当电流达到峰值后，控制元件关闭开关管，使其断开。
此时，电源无法向整流器提供电流，整流器输出电压为零。
（3）负半周：在负半周的一开始，开关管再次导通，电流从正输出端流入整流器。
此时，输出电压等于交流电源的反向电压。
（4）关断：当电流达到峰值后，控制元件再次关闭开关管。
整流器输出电压为零。
通过以上的循环，整流器将交流电源的电流方向进行了转换，并输出一串脉冲组成的直流电。
由于开关管的导通和断开是由控制元件控制的，因此整流器的输出电压和电流可以通过控制元件对开关管进行限制来调节。
三、总结：两电平脉冲整流器是一种常用的电源电路，其工作原理基于通过开关电路对交流电流进行分割和控制，从而实现电流方向的变换，将交流电转换为直流电。
整流器的输出电压波形具有两个电平，分别对应于交流电源的正向电压和反向电压。
两电平脉冲整流器主电路
通过调节开关的占空 比，可以控制输出电 压的大小。
在每个开关周期内， 整流器输出两种电平， 即正电平和负电平。
电路组成
01
02
03
04
输入滤波器
用于减小输入电流谐波和减小 电磁干扰。
整流桥
由多个开关管组成，用于将输 入交流电转换为直流电。
输出滤波器
用于减小输出电压的脉动和电 磁干扰。
控制电路
用于控制开关管的通断和调节 输出电压的大小。
05
仿真与实验分析
仿真模型的建立
建立数学模型
根据两电平脉冲整流器的电路拓扑和 工作原理，建立相应的数学模型，包
括电压、电流和状态方程等。
仿真软件选择
选择合适的仿真软件，如 MATLAB/Simulink等，根据建立的
数学模型进行仿真。
参数设置
根据实际应用需求，设置仿真参数， 如输入电压、输出电压和电感等。
混合控制策略
总结词
结合电压控制和电流控制的优点，实现快速响应、精确控制和良好的鲁棒性。
详细描述
混合控制策略同时检测输出电压和输入电流，根据误差信号调整脉冲宽度，以实现输出电压和输入电流的同时控 制。这种控制策略结合了电压控制和电流控制的优点，具有快速响应、精确控制和良好的鲁棒性。但实现较为复 杂，需要更多的硬件资源。
两电平脉冲整流 器主电路
目录
• 引言 • 两电平脉冲整流器的基本原理 • 主电路拓扑结构 • 控制策略 • 仿真与实验分析 • 应用与展望
01
引言
背景介绍
01
两电平脉冲整流器是电力电子领 域中的一种重要设备，主要用于 将交流电转换为直流电，广泛应 用于结构的转型和可再生能 源的发展，两电平脉冲整流器在 提高能源转换效率和稳定性方面 具有重要作用。
单相PWM整流器瞬态电流控制策略的研究
第 43 卷第 12 期 2009 年 12 月
近年来，高功率因数整流器已成为国内外专家
学者研究的热点，单相高功率因数整流器主要依赖
于新的主电路拓扑结构和控制策略[5-6]。分析了单相
两电平脉冲整流器的工作原理，介绍了 SPWM 调制
方法，着重分析了瞬态电流控制方法，并通过实验验
证了瞬态电流控制的优越性。
2 整流器原理及其数学模型分析
图 1 示出两电平 PWM 整流器的主电路。网侧
采用 DSP2812 作为控制器进行实验研究，其中 网侧电压传感器的变比为 220 V/3 V，交流电流传 感器变比为 10 A/3 V，直流侧电压传感器变比为 400 V/5 V。图 6 示出实验结果。
图 6 实验波形
由图 6a，b，d 可见，瞬态电流控制可以实现网侧 功率因数接近 1，使直流侧电压稳定，且网侧电流畸 变小。图 6a 电压波形有畸变的原因是，（下转第 6 页）
1引言
随着电力电子技术的不断发展，AC/DC 变流装
置已在铁路牵引传动系统中得到了广泛应用。我国
电气化铁路采用单相工频交流 25 kV 供电。单相
PWM 整流器是交流传动系统的重要组成部分[1-3]，与
传统的二极管不控整流、相控整流相比，它具有功率
因数高、直流侧电压稳定、输入电流谐波小、开关损
耗小、电磁污染少等优点[4]。
Udc RL
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当ura uz时，S A 1,否则S A 0 当urb uz时，SB 1,否则SB 0
u u ra 和 rb 相位相差
180
u z 为三角载波
PWM整流技术在CRH的运用
在国产CRH系列和谐号动车上，都是用了PWM整流技术，在所用的整 流电路有区别，也使得PWM控制存在差异。
uN
iN
0
0 0
0 0
0
uab 0
Ud
Ud
0
Ud
Ud
0
Ud
Ud
0
Ud
Ud
u LN UN UN Ud
UN Ud
UN UN Ud
UN Ud
UN
UN Ud
UN Ud UN
UN Ud
UN Ud
导通的器iN件 的变化
D1T3 / T2 D4
D1D4
T3T2
T1D3 / D2T4
引言
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。
LN ——牵引绕组漏电感 R N ——牵引绕组漏电阻 T1~4 ——开关管
L 2 、C 2 ——二次滤波器
Cd ——中间直流侧支撑电容
一个理想的脉冲整流器，一方面需要为直流侧提供平直稳定的直流电压或电流，另一方面 只从交流电网吸取有功功率。原理上讲，这种装置可以提供一个无储能部分的变流器和一 个分离的储能器。
N
iN
幅值增大，
L
N
储存能量
UN
0和i N
0时，D3和T1导通或
T4和D
导通，
2
L
向绕组充电，NiFra bibliotek幅值减小，
N
L
N
释放能量
工作模式2： 1）
uab
Ud , 此时关系式满足LN
diN dt
uN
Ud
2）uN 0和iN 0时，T2和T3导通，绕组和直流侧电 容都向LN充电，iN幅值增大， LN 储存能量
T1T4
D2 D3
D1T3 / T2 D4
D1D4
T3T2
T1D3 / D2T4
T1T4
D2 D3
工作状态 能量传送
等效电路
电源短接 uN LN
a, b
整流 uN LN 直流侧 d
反馈
uN 直流侧 LN
c
电源短接
LN uN
a, b
反馈 直流侧 uN LN d
在这些和谐号动车中，CRH1、CRH3和CRH5型车采用的是两电平四 象限脉冲整流器，则PWM调制使用的是双极性PWM；而CRH2型车采用三 电平四象限脉冲整流器，采用的调制时单极性PWM。
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
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： 1）
uab
Ud，此时满足关系式LN
整流 LN uN 直流侧
c
电源短接
LN uN
a, b
整流 uN LN 直流侧 d
反馈 直流侧 uN LN c
电源短接 uN LN
a, b
反馈 uN 直流侧 LN d
整流 uN LN 直流侧 c
两电平脉冲整流器的 SPWM调制原理
SPWM的调制原理： 用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路
两电平脉冲整流器的 工作原理
相反。由P于W上M整桥流臂器与网下侧桥输臂入不端能电够压出U现a直b取通值,则有SUad1、与0S、a2、-USd三B1与种S电B平2不,有能效同的时开导关通组和合关有断2,驱2=动4种信,即号应该 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:
由于其可以工作在电压和电流坐标平面的四个象限，因此亦称为四象 限整流器。
由于当前牵引传动系统中基本采用PWM技术控制整流器，因此又称为 脉冲整流器。
我们小组针对两电平脉冲整流器提出并讲解的问题如 下：
两电平脉冲整流器的结构
1
两电平脉冲整流器的工作原理 2
两电平脉冲整流器的SPWM调制原理
3
两电平脉冲整流器的 主电路的结构
Uab=(SA - SB )Ud
UN
LN
diN dt
0 C 工作模式1：
，电容 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 直接加在电感 上，
对电感进行充放U电a。b
d
1） U N
LN
2）
UN
0和iN
0时，
D1和T3导通或
T2和D4导通，绕组向
L
充电，
diN dt
uN
Ud
2） uN 0和iN 0时，D1和D4导通，绕组和 LN向直流侧电容充电， iN幅值减小， LN 释放能量
uN 0和iN 0时，T1和T4导通，直流侧电容向绕 组和LN充电，iN幅值增大， LN 储存能量
脉冲整流器的3种工作模式下所有可能的开关状态
（每种开关状态的能量转换关系是互不相同的）
中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的 面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。
两电平脉冲整流器的SPWM调制原理： 采用三角载波与调制波相比较，生成PWM脉冲信号来等效正弦的调制波。 当调制波大于三角载波时，输出高电平PWM驱动信号，对应的开关器件导通，反之，则 使开关器件关断。 在实际应用中，一般采用对称的采样规则来计算导通或关断的时间，并将其赋给DSP中 事件管理器EVA（或EVB）的比较寄存器。