1、2.1 不可控整流電路簡(jiǎn)介不可控整流電路簡(jiǎn)介不可控單相整流電路不可控單相整流電路+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud在u2正半周過(guò)零點(diǎn)至wt=0期間，因u2ud，故二極管均不導(dǎo)通，電容C向R放電，提供負(fù)載所需電流。至wt=0之后，u2將要超過(guò)ud，使得VD1和VD4開(kāi)通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電。2d2UU 空載時(shí)，空載時(shí)，0iudqdp2pwti,ud實(shí)際應(yīng)用的情況實(shí)際應(yīng)用的情況a)b)u2udi20dqpwti2,u2,ud不可控三相整流電路不可控三相整流電路a)b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓

2、等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)，該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電；當(dāng)沒(méi)有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。實(shí)際應(yīng)用的情況實(shí)際應(yīng)用的情況考慮電感時(shí)電容濾波的三相橋式整流電路及其波形 a）電路原理圖 b）輕載時(shí)的交流側(cè)電流波形 c）重載時(shí)的交流側(cè)電流波形輸出電壓平均值輸出電壓平均值 Ud在（2.34U2 2.45U2）之間變化b)c)iaiaOOw tw t2.2 6脈波二極管整流器脈波二極管整流器 2.2.1 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 帶純電阻負(fù)載的6脈波二極管整流器的簡(jiǎn)化電路 供電電源的相電壓為： 式中， 為相電壓的有效值； 為供電電壓的角頻率， 。 供電電源的線電壓為 為線電壓的有效值，它

3、和相電壓有效值的關(guān)系為2sin()aPHvVtw2sin(23)bPHvVtwp2sin(4/3)PHvcVtwpPHVw2fwp2sin(/6)ababLLvvvVtwp3LLPHVVLLV 帶純電阻負(fù)載的6脈波二極管整流器的電壓和電流波形 /31/613 22sin(/6) ( )1.35/3/3doLLLLLLAVVtd tVVppwpwppp2.2.2 容性負(fù)載容性負(fù)載 帶容性負(fù)載的6脈波二極管整流器的簡(jiǎn)化電路 1斷續(xù)電流工作模式 6脈波二極管整流器在斷續(xù)電流工作模式下的電壓和電流波形 6脈波二極管整流器在斷續(xù)電流工作模式下的電壓和電流波形的放大圖(1) 當(dāng) 時(shí)，線電壓 比直流電壓 大

4、因此D1和D6導(dǎo)通。 從0開(kāi)始增加，Ls儲(chǔ)存能量。 12tqwqabvdVdi(2) 當(dāng) 時(shí)， 與 相等。Ls兩端的電壓降為0， 達(dá)到最大值。 2twqabvdVdi(3) 當(dāng) 時(shí)， 低于 。儲(chǔ)存在Ls中的能量通過(guò)D1和D6向負(fù)載釋放。 2twqabvdV(4) 當(dāng) 時(shí)，Ls中的能量全部釋放， 減小到0。 3twqdi(5) 當(dāng) 時(shí)，線電壓 比直流電壓 大因此D1和D2導(dǎo)通。45tqwqabvdV工作過(guò)程工作過(guò)程工作過(guò)程工作過(guò)程312()cqqq02 /3cqp11sin ()2dLLVVq21qpq二極管中的電流求取過(guò)程：二極管中的電流求取過(guò)程：13tqwq2dabddiLsvVdt11(

5、)( 2sin() ()2dLLdiVtV dtLsqqqwww111 2(coscos )()2LLdVVLsqqqqw2twq12121 2(coscos)()2dLLdIVVLsqqqqw311( ) ( )/3ddIidqqqqp3()0diq3131coscos2dLLVVqqqq3q1q2q3q 的求取與Ls無(wú)關(guān)2連續(xù)電流工作模式 6脈波二極管整流器在連續(xù)電流工作模式下的電流波形電流的THD則定義為式中， 為 中基波電流的有效值, 網(wǎng)側(cè)畸變電流的有效值 。 輸入功率因數(shù)定義為式中，DF（Distortion Factor，DF）為畸變因數(shù),DPF為相移功率因數(shù) 。2211aaaII

6、THDI1aIaiaI11cosaaPIPFDF DPFSI2.2.3 THD和和PF的定義的定義2.2.4 6脈波二極管整流器的脈波二極管整流器的THD和和PF 6脈波二極管整流器線電流的典型波形及諧波含量 不含不含3的的整數(shù)倍次整數(shù)倍次諧波，主諧波，主要低次諧要低次諧波為波為5次次和和7次諧次諧波。波。 6脈波二極管整流器的THD和PF曲線2.3 串聯(lián)型多脈波二極管整流器串聯(lián)型多脈波二極管整流器2.3.1 12脈波串聯(lián)型二極管整流器脈波串聯(lián)型二極管整流器1整流器結(jié)構(gòu)整流器結(jié)構(gòu) 12脈波串聯(lián)型二極管整流器122NN1323NN/ 2ababABVVV30oabABvvd 2電流波形 12脈波

7、串聯(lián)型二極管整流器工作在額定條件下計(jì)算機(jī)仿真得到的電流波形 由于變壓器一次側(cè)和二次側(cè)上面的繞組都為星形聯(lián)結(jié)，折合后的電流 和折合前的電流 波形形狀相同，只是幅值減小了一半 而當(dāng) 折合到一次側(cè)時(shí)，折合后的電流 與波形不同。 aiaiaiaiai 電流的諧波頻譜 相移的結(jié)果使折合后的電流 、 中的諧波不同相，例如兩者中的5次和7次諧波折合后的相位相反。因此，這些諧波電流在變壓器的一次側(cè)繞組中相互抵消從而不會(huì)出現(xiàn)一次側(cè)線電流中。 aiai 12脈波二極管整流器工作在額定條件下的實(shí)驗(yàn)波形 12脈波串聯(lián)型二極管整流器線電流的THD及輸入PF 和6脈波二極管整流器相比，12脈波二極管整流器網(wǎng)側(cè)電流的THD

8、可大幅降低。較低的網(wǎng)側(cè)電流THD和較高的相移功率因數(shù)使得整流器的輸入PF也得到了改善。 3網(wǎng)側(cè)電流THD及輸入PF2.3.2 18脈波串聯(lián)型二極管整流器脈波串聯(lián)型二極管整流器1整流器結(jié)構(gòu)整流器結(jié)構(gòu) 18脈波串聯(lián)型二極管整流器 18脈波二極管整流器可以消除4個(gè)主要的低次諧波，即5、7、11和13次諧波。 2波形圖 18脈波串聯(lián)型二極管整流器的電流波形 18脈波串聯(lián)型二極管整流器的電流波形3網(wǎng)側(cè)電流THD及輸入PF 18脈波串聯(lián)型二極管整流器網(wǎng)側(cè)電流的THD及輸入PF 1AIAi當(dāng)18脈波二極管整流器工作在額定負(fù)載條件下，即 =1pu及Ls=0.05pu時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流 的THD從12脈波二極管整流器

9、的6.4降低到2.3，功率因數(shù)也略有增加。1AIAi2.3.3 24脈波串聯(lián)型二極管整流器脈波串聯(lián)型二極管整流器1整流器結(jié)構(gòu)整流器結(jié)構(gòu) 24脈波串聯(lián)型二極管整流器 2波形圖 24脈波串聯(lián)型二極管整流器的電流波形3網(wǎng)側(cè)電流THD及輸入PF 24脈波串聯(lián)型二極管整流器的線電流的THD及輸入PF 從變壓器二次側(cè)折算到一次側(cè)的電流，THD皆約為24。而一次側(cè)線電流近似為正弦波，THD僅為1.49。 Ai2.4 分離型多脈波二極管整流器分離型多脈波二極管整流器2.4.1 12脈波分離型二極管整流器脈波分離型二極管整流器 12脈波分離型二極管整流器 12脈波分離型二極管整流器在串聯(lián)H橋多電平變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

10、中的應(yīng)用實(shí)例12脈波分離型二極管整流器的電流仿真波形 2.4.2 18和和24脈波分離型二極管整流器脈波分離型二極管整流器18脈波分離型二極管整流器18脈波分離型二極管整流器的電流波形 整流電路幾乎都是晶閘管整流或二極管整流。 晶閘管相控整流電路：輸入電流滯后于電壓，且其中諧波分量大，因此功率因數(shù)很低。 二極管整流電路：輸入電流中諧波分量很大，所以功率因數(shù)也很低。 在電網(wǎng)側(cè)對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的諧波和無(wú)功功率要進(jìn)行補(bǔ)償。 能夠使能量雙向流動(dòng)。 能夠使裝置的輸入電流正弦化，且運(yùn)行于單位功率因數(shù)，不產(chǎn)生諧波也不消耗無(wú)功功率。使整流器網(wǎng)側(cè)電流和電壓同相位 。2.5、PWM整流器整流器.1傳統(tǒng)的

11、整流器存在的缺點(diǎn)傳統(tǒng)的整流器存在的缺點(diǎn)2.5.2 PWM整流器優(yōu)點(diǎn)整流器優(yōu)點(diǎn)v具有能量雙向流動(dòng)：即當(dāng)直流側(cè)電壓高于電源側(cè)電壓峰值時(shí)，能實(shí)現(xiàn)DC-AC逆變，將能量回饋到電網(wǎng)；v網(wǎng)側(cè)電流諧波小；v高功率因數(shù)，理論上可以達(dá)到1；功率因數(shù)可控；v直流電壓可控制。 電路結(jié)構(gòu) 全控型器件 若為晶閘管，須有輔助關(guān)斷電路。續(xù)流二極管負(fù)載出現(xiàn)的反電動(dòng)勢(shì)典型用途之一是拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載。 降壓斬波電路降壓斬波電路（Buck Chopper)工作原理工作原理c) 電流斷續(xù)時(shí)的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)電流連續(xù)時(shí)的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOO

12、OtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa) 電路圖降壓斬波電路得原理圖及波形vt=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。vt=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。v通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系v電流連續(xù) 輸出電壓平均值：EETtEtttUonoffonono（4.2-1）REUIMoo（4.2-2）tonV通的時(shí)間通的時(shí)間 toffV斷的時(shí)間斷的時(shí)間 -導(dǎo)通占空比導(dǎo)通占空比（ 1)v 電流斷續(xù)，Uo被抬高，一般不希望出現(xiàn)。 負(fù)載電流平均值：斬

13、波電路三種控制方式T不變，變ton 脈沖寬度調(diào)制（PWM）。ton不變，變T 頻率調(diào)制。ton和T都可調(diào)混合型。此種方式應(yīng)用最多TIETRIoM2o同樣可以從能量傳遞關(guān)系出發(fā)進(jìn)行的推導(dǎo)v 假定L為無(wú)窮大，負(fù)載電流Io維持不變v 電源只在V處于通態(tài)時(shí)提供能量，為v 在整個(gè)周期T中，負(fù)載消耗的能量為onotEI輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。一周期中，忽略損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等。TIETRItEIoMoono2REEIMoooon1IITtIooo1IUEIEII1為電源電流平均值 負(fù)載電流斷續(xù)的情況負(fù)載電流斷續(xù)的情況（L值較小時(shí)） I10=0，且t=t

14、x時(shí)，i2=0memt)1 (1lnxtx1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓升壓斬波電路。升壓比；升壓比的倒數(shù)記作b ，即。 b和的關(guān)系：因此，式（4.2-4）可表示為 off/tT1bEEUb111oTtoffb（4.2-6）（4.2-5）電壓升高的原因：電感L儲(chǔ)能使電壓泵升的作用 電容C可將輸出電壓保持住如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量?jī)H由負(fù)載R消耗，即 ： 。 （4.2-7） 與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。oo1IUEI 輸出電流的平均值Io為：RERUIb1oo(4.2-8)電源電流的平均值I1為：REIEUI2oo11b(4.2-9)2) 升壓斬波電路典型

15、應(yīng)用一是用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)二是用作單相功率因數(shù)校正（PFC）電路三是用于其他交直流電源中ttTEiOOb)a)i1i2I10I20I10tontofftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20uo 用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及其波形 a） 電路圖 b） 電流連續(xù)時(shí) c） 電流斷續(xù)時(shí)v用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng) 再生制動(dòng)時(shí)把電能回饋給直流電源。 電動(dòng)機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。 直流電源的電壓基本是恒定的，不必并聯(lián)電容器。數(shù)量關(guān)系v當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為i2，得下式：EERitiLM22dd（4.2-11）v當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，考慮到初始條件，近似L無(wú)窮大時(shí)電

16、樞電流的平均值Io，即REEREmIobbM（4.2-12）v該式表明，以電動(dòng)機(jī)一側(cè)為基準(zhǔn)看，可將直流電源電壓看作是被降低到了 。Ebv當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為i1，得下式：M11ddERitiL(4.2-10)式中R為電機(jī)電樞電阻與線路電阻之和。v如圖所示，當(dāng)電樞電流斷續(xù)時(shí)：當(dāng)t=0時(shí)刻i1=I10=0，令I(lǐng)10=0即可求出I20，進(jìn)而可寫出 i2的表達(dá)式。另外，當(dāng)t=t2時(shí)，i2=0，可求得i2持續(xù)的時(shí)間tx，即用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及其波形mmett11lnonxbeem11-電流斷續(xù)的條件tx 0時(shí)時(shí)，（V2、VD4、VD1、Ls）和（V3、VD1、VD4、Ls

17、）分別組成兩個(gè)升壓斬波電路，以（V2、VD4、VD1、Ls）為例。 V2通時(shí)，us通過(guò)V2、VD4向Ls儲(chǔ)能。 V2關(guān)斷時(shí)，Ls中的儲(chǔ)能通過(guò)VD1、VD4向C充電。 us 0時(shí)時(shí)，（V1、VD3、VD2、Ls）和（V4、VD2、VD3、Ls）分別組成兩個(gè)升壓斬波電路。 三相橋式PWM整流電路，是最基本的PWM整流電路之一，應(yīng)用最廣。 工作原理和前述的單相全橋電路相似，只是從單相擴(kuò)展到三相。 進(jìn)行SPWM控制，在交流輸入端A、B和C可得 SPWM電壓，按相量圖控制，可使i ia a、i ib b、i ic c為正弦波且和電壓同相且功率因數(shù)近似為1。三相橋式PWM整流電路 負(fù)載2.5.5 三相三相

18、PWM整流器主要控制方法整流器主要控制方法電壓定向控制電壓定向控制(VOC) 一種基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的矢量控一種基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的矢量控制方法，其實(shí)質(zhì)是控制電流矢量與電制方法，其實(shí)質(zhì)是控制電流矢量與電壓矢量所在的壓矢量所在的d軸重合軸重合 方法方法 三相電壓和三相電流 Park變換變換dqcossinsincosYYYYbqqqqClark變換變換1122dan33qbn221110cn2221203VVVVVVid、iq控制的本質(zhì)：iq=0 虛擬磁鏈定向控制虛擬磁鏈定向控制 (VFOC ) 一種基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的矢量控制方法； 控制思想是將三相交流電源和電感虛擬成一臺(tái)交流電機(jī)，其中交流電源虛擬成電機(jī)的電勢(shì)，交流電感虛擬成電機(jī)的定子電感； 控制方法：將電流矢量控制到虛擬磁鏈的垂直方向上。 省去了三相電流檢測(cè)環(huán)節(jié)省去了三相電流檢測(cè)環(huán)節(jié) 虛擬磁鏈edte為三相交流電源電壓合成矢量 以虛擬磁鏈方向定義d軸方向 將電流矢量控制在q軸方向上 代表了電機(jī)功率因數(shù)為1 基于電壓的直接功率控制基于電壓的直接功率控制 (V-DPC) 一種基于功率解耦的控制方法；將總功率分解為瞬時(shí)有功功率和無(wú)功功率；直接功率控制的實(shí)質(zhì)是將有功功率和無(wú)功功率分別控制，有功功率決定了輸出直流電壓，無(wú)功功率決定了系統(tǒng)功率