新能源汽车功率电子基础课件.ppt

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1、第6章 整流技术,程夕明北京理工大学机械与车辆学院电动车辆国家工程实验室,办 公 室：车辆实验楼501C电子邮件：CXM微 信：BITXMCHENG,目 录,基本概念6.1 不可控整流电路6.2 直流滤波电路6.3 相控整流电路6.4 PWM整流电路6.5 动力蓄电池充电系统总结,基本概念功能与分类,功能（1）将交流电直接变换为直流电；（2）直流电的电压幅值可调；（3）交流电的输入功率因数可调。,分类（1）器件类型：不控型、半控型和全控型；（2）控制原理：相控、PWM；（3）相数波形：单相、三相、半波、全波。,应用（1）直流电源：直流电动机、蓄电池充电等提供直流电源；（2）PWM整流：功率因数

2、校正、有源逆变、无功控制等。,6.1 不可控整流电路 单相二极管整流器（1）,工作原理（1）电源电压正半周：VD1、VD4导通，is正向；（2）电源电压负半周：VD2、VD3导通，is负向；（3）负载电压：整流的电压系数0.9，频率增倍， iR不变向。,图6.1,整流电压计算,6.1 不可控整流电路 单相二极管整流器（2）,图6.2,6.1 不可控整流电路 三相二极管整流器（1）,图6.3,电路工作原理,（1）每相相电压的极大值和极小值的区间都各占120；（2）当某相相电压处于极大值区间时，该相电压联接桥臂的共阴极二极管导通；（3）当某相相电压处于极小值区间时，该相电压联接桥臂的共阳极二极管导

3、通。,工作原理（1）每个功率二极管的导通角为120，每个桥臂上下二极管的换相角为60；（2）功率二极管的导通次序为56、61、12、23、34、45，自然换相角为60；（3）整流电压交流成分的脉动频率为输入电源频率的6倍，即300 Hz。,6.1 不可控整流电路 三相二极管整流器（2）,图6.4,整流电压计算,6.1 不可控整流电路 三相二极管整流器（3）,图6.4,6.2 直流滤波电路 容性输入直流滤波器,图6.5,图6.6,平滑电压,6.2 直流滤波电路 感性输入直流滤波器,图6.7,图6.8,平滑电流,6.3 相控整流电路基本概念,相控整流原理及方法利用半控开关器件SCR的开通可控特性（

4、承受正向电压，且有触发脉冲）和单向导电性。控制 SCR触发相位角（脉冲施加时刻），能够控制负载电源传送至负载的起始时刻，实现了整流电压的控制。,控制角从SCR承受正向电压时刻起到触发脉冲前沿时刻间的时间所对应的电角度。,导电角元件在一个周期内导通的时间所对应的电角度，与控制角互补。,相控 改变SCR控制角的大小（移相） ，能够控制输出电压的大小，实现相控。,移相范围控制角能够变化的范围，例如0180。,失控现象控制角扩大或触发脉冲丢失导致相控整流电压的平均值不变的现象。,6.3 相控整流电路单相桥式半控整流器（1）,电路工作原理（1）电感电流断流模式：阻性负载和感性负载（VD1/VD2换流）（

5、2）电感电流续流模式：感性负载（VD1/VD2、 VT1/VT2换流）,图6.9,6.3 相控整流电路单相桥式半控整流器（2）,图6.10 阻性负载,6.3 相控整流电路单相桥式半控整流器（3）,图6.11 感性负载-断流,6.3 相控整流电路单相桥式半控整流器（4）,图6.12 感性负载-续流,电路工作原理（1）电感电流断流模式：阻性负载和感性负载（2）电感电流续流模式：感性负载（VT1/VT2、 VT3/VT4换流）,6.3 相控整流电路单相桥式全控整流器（1）,图6.13,6.3 相控整流电路单相桥式全控整流器（2）,图6.14 感性负载-断流,6.3 相控整流电路单相桥式全控整流器（3

6、）,图6.15 感性负载-续流,6.3 相控整流电路单相桥式全控整流器（4）,图6.16 容性负载,图6.17,其中，R和C模拟动力蓄电池组。,6.3 相控整流电路三相全控整流器触发条件（1）,表5.2 三相桥式晶闸管整流电路的触发脉冲对顺序及其可导通的晶闸管,表6.1 三相电压相位区间的最正最负电压分布,ub,uc,ua,表6.1,6.3 相控整流电路三相全控整流器触发条件（2）,uab,uac,ubc,uba,uca,ucb,6.3 相控整流电路三相全控整流器触发条件（3）,触发脉冲（1）上桥臂最正与下桥臂最负的SCR交替触发；（2）触发脉冲时序1234561，触发脉冲相位差60；（3）同

7、一桥臂的两个晶闸管的触发脉冲相位差180；（4）上桥臂135和下桥臂246的触发脉冲相位差都是120；（5）每个晶闸管最大导电角120，触发脉冲宽度大于Ts/6。,图6.18,6.3 相控整流电路三相全控整流器触发条件（4）,表5.2 三相桥式晶闸管整流电路的触发脉冲对顺序及其可导通的晶闸管,6.3 相控整流电路三相全控整流器阻性负载（1）,触发控制角0,图6.19,6.3 相控整流电路三相全控整流器阻性负载（2）,触发控制角30,图6.20,6.3 相控整流电路三相全控整流器阻性负载（3）,触发控制角90,图6.21,6.3 相控整流电路三相全控整流器感性负载（1）,图6.22,触发控制角3

8、0,6.3 相控整流电路三相全控整流器感性负载（2）,图6.23,触发控制角60,6.3 相控整流电路三相全控整流器感性负载（2）,图6.24,触发控制角90,6.4 PWM整流电路基本介绍,图6.25,类型电压型、电流型、单相、三相。作用单位功率因数、微小电流谐波。功能整流、逆变、调功。,6.4 PWM整流电路基本原理（1）,图6.25,电压相量方程,控制网侧交流电流，调节Is与Us的相位关系，实现整流、逆变、调功的基本功能。,6.4 PWM整流电路基本原理（2）,图6.26a,电压相量方程,控制网侧交流电流，调节Is与Us的相位关系，实现整流、逆变、调功的基本功能。,运行特征 Is位于x右

9、半轴；Is与Us的相位一致；单位功率因数；正有功功率；整流状态；纯电阻模式。,6.4 PWM整流电路基本原理（3）,图6.26b,电压相量方程,控制网侧交流电流，调节Is与Us的相位关系，实现整流、逆变、调功的基本功能。,运行特征 Is位于I象限；Is相位超前Us；非单位功率因数；正有功功率；整流状态；感性负载模式。,6.4 PWM整流电路基本原理（4）,图6.26c,电压相量方程,控制网侧交流电流，调节Is与Us的相位关系，实现整流、逆变、调功的基本功能。,运行特征 Is位于y正半轴；Is相位超前Us 90；零功率因数；零有功功率；调功状态；纯电感负载模式。,6.4 PWM整流电路基本原理（

10、5）,图6.26d,电压相量方程,控制网侧交流电流，调节Is与Us的相位关系，实现整流、逆变、调功的基本功能。,运行特征 Is位于II象限；Is相位超前Us ；非单位功率因数；负有功功率；逆变状态；感性负载模式。,6.4 PWM整流电路基本原理（6）,图6.26e,电压相量方程,控制网侧交流电流，调节Is与Us的相位关系，实现整流、逆变、调功的基本功能。,运行特征 Is位于x负半轴；Is相位与Us 相反；单位功率因数；负有功功率；逆变状态；负电阻负载模式。,6.4 PWM整流电路基本原理（7）,图6.26f,电压相量方程,控制网侧交流电流，调节Is与Us的相位关系，实现整流、逆变、调功的基本功

11、能。,运行特征 Is位于III象限；Is相位落后Us ；非单位功率因数；负有功功率；逆变状态；容性负载模式。,6.4 PWM整流电路基本原理（8）,图6.26g,电压相量方程,控制网侧交流电流，调节Is与Us的相位关系，实现整流、逆变、调功的基本功能。,运行特征 Is位于y负半轴；Is相位落后Us 90；零功率因数；零有功功率；整流状态；纯电容负载模式。,6.4 PWM整流电路基本原理（9）,图6.26h,电压相量方程,控制网侧交流电流，调节Is与Us的相位关系，实现整流、逆变、调功的基本功能。,运行特征 Is位于IV象限；Is相位落后Us ；非单位功率因数；正有功功率；调功状态；容性负载模式

12、。,6.5 动力蓄电池充电系统介绍,充电类型（1）接触式充电：交流充电桩、充电站、电池更换站。（2）无线充电：移动充电设施。充电方法（1）恒压充电（CV）；（2）恒流充电（CC）；（3）脉冲充电；（4）组合充电。,图6.29,6.5 动力蓄电池充电系统WPT原理,图6.30,WPT能量传输方式变压器耦合的感应方式，磁场共振耦合的谐振方式。,6.5 动力蓄电池充电系统V2G技术,V2G技术作用 （1）新能源汽车动力电池系统与电网可双向传输电能。 （2）削峰填谷，提高电网运行效率，降低电网系统投资。 （3）调节电网特性，改善电网性能。 （4）维护新能源汽车动力电池系统，标定参数。,本章小结与作业,本章知识点（1）基本类型：不可控、相控、PWM整流。（2）整流滤波电路：容性和感性直流链路。（3）相控整流：单相和三相原理、负载对电流连续的影响。（4）PWM整流：基本工作原理。（5）动力蓄电池充电：类型、功能框图。,本章作业（1）6.1、6.2；（2）6.3、6.4；（3）6.7、6.8、6.9。,欢迎同学们提问与讨论！,