6.两电平脉冲整流器的工作原理

动车组单相两电平脉冲整流器的工作原理
动车组单相两电平脉冲整流器是一种用于动车组牵引系统的关键电力设备，其工作原理是将交流电信号转换为脉冲信号，以供动车组的电机驱动。

该设备的主要工作原理如下：
首先，交流电信号通过输入端口进入整流器。

整流器内部包括两个电平脉冲整流单元，分别为正电平脉冲整流单元和负电平脉冲整流单元。

这两个单元在工作过程中交替工作，实现电流的单向导通。

正电平脉冲整流单元的工作过程如下：当输入交流电信号的电压为正或零时，整流单元内的晶体管打开，允许电流流过。

而当输入电压为负时，晶体管关闭，避免了反向电流的通过。

这样，整流单元只允许正向电流通过，实现了整流效应。

负电平脉冲整流单元的工作过程与正电平脉冲整流单元相似，不同之处在于它只允许负向电流通过，以实现整流效应。

整流器的输出端口连接到动车组的电机，将脉冲信号提供给电机驱动。

脉冲信号的波形与输入交流电信号的波形相似，但是去除了反向电流。

通过这种工作原理，动车组单相两电平脉冲整流器可以实现交流电信号到脉冲信号的转换，为电机驱动提供所需的恒定电流。

这样可以提高动车组的牵引效率、减少能源的消耗，并且具有较低的损耗和噪音。

动车组通过使用这种整流器，能够更加高效地运行，提供更好的乘坐体验。

6脉冲与12脉冲整流6脉冲、12脉冲整流器原理与区别摘要：本文从理论推导、实测数据分析、谐波分析和改善对策、性能对比四个方面详细阐述6脉冲和12脉冲整流器的原理和区别。

对大功率UPS的整流技术有一个深入全面的剖析。

一、理论推导1、6脉冲整流器原理：6脉冲指以6个可控硅（晶闸管）组成的全桥整流，由于有6个开关脉冲对6个可控硅分别控制，所以叫6脉冲整流。

当忽略三相桥式可控硅整流电路换相过程和电流脉动，假定交流侧电抗为零，直流电感为无穷大，延迟触发角a为零，则交流侧电流傅里叶级数展开为：xLx （jHiiat--sin S M--dn7at + —siiillai + —一-—smlT^t一- del 知5 7 11 13 1719（1-1）由公式（1-1 ）可得以下结论：电流中含6K?1（k为正整数）次谐波，即5、7、11、13.??等各次谐波，各次谐波的有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。

桥1的网侧电流傅立叶级数展开为:■ Ij ■ tiuird ' wEdar- '、血_01 * ' Mtd lor * ' fiitl 如+ . .}iA n 45 7 11 1317 IPf(1-2)600 0 400,0200 0 W 0.0 ^200,0-400.0 600 0 400 O 200,0 ￡ 0.0 -200 0 -4 00 0图1.1计算机仿真的6脉冲A 相的输入电压、电流波形2、12脉冲整流器原理:12脉冲是指在原有6脉冲整流的基础上，在输入端、增加移相变压器后在增加一组流器，使直流母线电流由 12个可控硅整流完成，因此又称为12脉冲整流。

6脉冲整F 图所示I 和II 两个三相整流电路就是通过变压器的不同联结构成12相整流电路。

12脉冲整流器示意图（由 2个6脉冲并联组成）桥II 网侧线电压比桥I 超前30?,因网侧线电流比桥I 超前30?:加=丄、++krf + —soil Ajtf + —'iijl-ci# + — ud^ + I(1-3)故合成的网侧线电流A - ijx+hjA~x(siii at + — suillot+ ?suii3<it< p="">真11 13(1-4)可见，两个整流桥产生的5、7、17、19、…次谐波相互抵消，注入电网的只有 12k?1 (k 为正整数)次谐波，即11、13、23、25等各次谐波，且其有效值与与谐波次数成反比，而与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。

两电平变流器工作原理# 两电平变流器工作原理## 1. 引言嘿，你有没有想过，那些大型的太阳能发电站是怎么把产生的直流电变成我们日常生活中使用的交流电的呢？或者说，你知道电动汽车的快充技术背后有着怎样的电力转换魔法吗？今天呀，咱们就来一起探秘两电平变流器的工作原理，让你从基础概念到实际应用，全方位地搞懂它。

这篇文章呢，会先从基本概念和理论背景说起，再深入分析它的运行机制，然后看看它在日常生活和高端技术领域的应用，也会聊聊常见的误解以及相关的趣味知识，最后来个总结和对未来的展望。

## 2. 核心原理### 2.1基本概念与理论背景说白了，两电平变流器就是一种能把一种形式的电能转换为另一种形式电能的设备。

它的理论基础呢，就涉及到电路理论中的电力变换知识。

这概念其实也不是凭空冒出来的，随着电力系统的发展，人们对于高效、稳定的电能转换设备的需求越来越高，两电平变流器就应运而生啦。

从电路组成的角度来看，两电平变流器主要由功率开关器件（像IGBT - 绝缘栅双极型晶体管这种）、直流侧电容、交流侧电感等部分组成。

这里的直流侧电容就像是一个电能的“储蓄罐”，它储存着直流电能，为整个变流过程提供稳定的直流电压源。

### 2.2运行机制与过程分析咱们来一步步解析两电平变流器的工作过程。

想象一下，它就像是一个神奇的交通指挥员，指挥着电能在不同的道路（电路）上行驶，并且改变它们的“交通工具”（电能形式）。

首先，在直流侧，电源把直流电能输入到变流器中。

这个时候，功率开关器件就开始发挥作用了。

这些开关器件就像一扇扇可以快速开合的门。

当某些开关闭合，另外一些开关打开的时候，直流侧的电能就会通过这些开关的组合，在交流侧形成不同的电压电平。

比如说，假设直流侧电压是Ud，当特定的开关组合下，交流侧输出的电压要么是Ud/2，要么是 - Ud/2，这就形成了所谓的两电平。

这个过程就像是把一桶水（直流电能）通过不同的水龙头（开关器件），按照一定的规律分配到不同的杯子（交流侧不同的电平状态）里。

.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。

两电平和三电平脉冲整流工作原理区别两电平和三电平脉冲整流，这话题一提起来，可能很多人就会感觉头大，不过没关系，今天我们就来聊聊这两者的区别。

想象一下，你在厨房里做饭，正准备煮一锅好汤。

两电平脉冲整流就像你用简单的锅子加热，火力一开，汤就开始咕嘟咕嘟冒泡。

火力全开，温度迅速上升，煮沸的过程直接了当。

这个过程简单明了，操作起来也不复杂，就像日常生活中的基本选择。

也许有时候温度会控制得不太好，汤也可能煮得有点焦，但整体来说，就是个很直接的方式，能把你需要的热量迅速送到。

而三电平脉冲整流就像是你用高档锅具，甚至是带有温控的慢炖锅。

你可以调节火力，让温度在不同的阶段缓慢升高，这样汤就不会一下子就煮糊了。

你慢慢地加热，感觉更加温和，味道也更为丰富。

这种方式需要更多的细致入微，操作起来稍微复杂，但好处多多，特别是在稳定性和效率方面。

你想想，调节得当，汤的味道能够更加鲜美，朋友们来家里吃饭时，你绝对是个大厨。

三电平脉冲整流在电力传输中，不仅能保持稳定，还能减少能量的损失，像是把每一滴汤都用得恰到好处。

咱们再深入聊聊这两个原理。

两电平整流的工作原理比较直接，使用简单的开关元件，就像按开关那样，电流要么流过，要么不流。

这种方式的优点是构造简单，成本低，能快速实现整流。

但是呢，这个简单的模式也有不足之处，特别是在电流波形的质量上。

波形看起来就像是过山车一样起伏不定，可能会导致一些电器在使用过程中出现不必要的麻烦。

就像是你开车的时候，遇到颠簸的路，心里那个不爽就不用多说了。

三电平整流的妙处在于它能提供更平滑的波形，就像你在开车时选择了一条平坦的大路，舒服得很。

这种整流方法不仅能更好地控制电压，还能减小谐波失真，降低电磁干扰，感觉就像给你的电器上了个保护罩，安全又安心。

三电平整流在高功率的情况下表现得尤为出色，能有效提升系统的整体效率，真的是让人拍手称赞。

不过，话说回来，三电平整流虽然好处多，但设计和实现的复杂度也让不少工程师感到头疼。

两电平四象限脉冲整流器应用案例两电平四象限脉冲整流器是一种用于电力系统中的电子设备，主要用于将交流电信号转换为直流电信号。

它具有高效能、高可靠性和低成本等优点，因此在电力系统中有广泛的应用。

以下是两个关于两电平四象限脉冲整流器应用案例的介绍。

案例一：风能发电系统随着可再生能源的快速发展，风能发电系统已成为一种重要的清洁能源，但其输出信号为交流电。

在风能发电系统中，两电平四象限脉冲整流器可以将交流电信号转换为直流电信号，并通过电池储能或者直接供电给电网。

这样可以解决风能发电系统的输出信号不稳定的问题。

在风能发电系统中，通过两电平四象限脉冲整流器的高变换效率，可有效减少能量损失，提高系统的整体效能。

同时，由于该脉冲整流器具有较低的成本和高可靠性，因此在大规模的风能发电系统中广泛应用。

例如，在一个风能发电站中，将多台风力发电机连接到两电平四象限脉冲整流器，通过并联运行，可以有效提高整个风能发电系统的输出功率和可靠性。

案例二：工业自动化系统在工业自动化系统中，电力传输和控制信号常常需要从交流电转换为直流电。

两电平四象限脉冲整流器可以实现这种转换，并为工业自动化系统提供稳定的直流电信号。

举个例子，假设一个工业自动化系统中有多个交流电机，这些电机的控制信号来自于PLC（可编程逻辑控制器）。

这时，可以将两电平四象限脉冲整流器连接到PLC的输出端，并与交流电机并联。

脉冲整流器将PLC输出的交流电信号转换为直流电信号，并提供给交流电机供电。

这样可以提高交流电机的控制精度和系统的稳定性，同时减少电能损失。

在工业自动化系统中，两电平四象限脉冲整流器还可以用于电能回馈。

当电机减速、制动或者停止工作时，通过脉冲整流器将部分能量回馈到电网，减少能量浪费和电网负荷。

总结：两电平四象限脉冲整流器在风能发电系统和工业自动化系统等领域中有广泛的应用。

它们可以将交流电信号高效地转换为直流电信号，并提供给电池储能或者直接供电给电网。

这些应用案例中，通过利用两电平四象限脉冲整流器的优势，可以提高系统的整体效能、稳定性和可靠性，同时减少能量损失和电网负荷。

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。

动车组传动与控制复习题及参考答案中南⼤学⽹络教育课程复习题及参考答案动车组传动与控制⼀、名词解释：1.异步电动机的机械特性2.ATP3.电流型牵引变流器4.两电平式逆变器5.PI调节器6.准圆形磁链轨迹控制⼆、简答题：1.简述动车组的⼏种传动⽅式。

2.简述交流传动系统的优点。

3.CRH2型动车组牵引变压器低压侧共有哪些绕组？分别向哪些设备供电？4.动车组牵引变流器与牵引电机之间的参数匹配有哪⼏种⽅案？5.简述异步电动机的⼯作原理。

6.简要分析⽐较动⼒分散⽅式和动⼒集中⽅式动车组的特点。

7.简述异步电动机变压变频调速控制发展的三个阶段。

8.简述异步电动机⽮量控制的基本思想。

9.简述异步电动机直接转矩控制的基本思想。

10.直接转矩控制（DTC）与⽮量控制（VC）在控制⽅法上有何异同？11.异步电动机转差频率控制的规律是什么？12.简述四象限脉冲整流器的基本⼯作原理。

13.简述牵引变流器的类型及特点。

14.简述电压型四象限脉冲整流器的特征。

15.简述两电平脉冲整流器PWM控制原理。

16.简述牵引变流器中间直流储能环节的作⽤和组成。

17.简述CRH1型动车组牵引传动系统主电路的组成、各组成部分所包括的主要设备。

18.简要分析CRH1型动车组辅助供电系统。

19.简要分析CRH2型动车组辅助供电系统。

20.简述CRH2型动车组牵引传动系统的组成。

21.简述列车牵引⽹络控制系统的基本构成。

三、综合分析题：1.试分析CRH2型动车组牵引传动系统的特点。

2.试分析⾼速动车组牵引传动系统所采⽤的新技术。

3.试分析下图所⽰异步电动机转差频率控制系统的控制过程。

参考答案⼀、名词解释：1.异步电动机的机械特性：异步电动机的机械特性是指其转差率与电磁转矩之间的关系T em=f(s)。

2.ATP：列车⾃动保护系统（Automatic Train Protection，简称：ATP），亦称列车超速防护系统，其功能为列车超过规定速度时即⾃动制动，当车载设备接收地⾯限速信息，经信息处理后与实际速度⽐较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。

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。