感容濾波的二極管整流電路

電容濾波的不可控整流電路 在交 直 交變頻器 不間斷電源 開(kāi)關(guān)電源等應(yīng)用場(chǎng)合中 大量應(yīng)用 最常用的是單相橋和三相橋兩種接法 由于電路中的電力電子器件采用整流二極管 故也稱這類電路為二極管整流電路 常用于小功率單相交流輸入的場(chǎng)合 如目前大量普及的微機(jī) 電視機(jī)等家電產(chǎn)品中 1 工作原理及波形分析 圖2 26電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a 電路b 波形 基本工作過(guò)程 在u2正半周過(guò)零點(diǎn)至wt 0期間 因u2 ud 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 至之后 VD1和VD4關(guān)斷 電容開(kāi)始以指數(shù)規(guī)律放電 a R C u 1 u 2 i 2 VD 1 VD 3 VD 2 VD 4 i d i C i R u d 2 主要的數(shù)量關(guān)系 輸出電壓平均值 圖2 29感容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a 電路圖b 波形 感容濾波的二極管整流電路實(shí)際應(yīng)用為此情況 但分析復(fù)雜 ud波形更平直 電流i2的上升段平緩了許多 這對(duì)于電路的工作是有利的 電容濾波的三相不可控整流電路 1 基本原理 某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí) 輸出電壓等于交流側(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 圖2 30電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形 電流id斷續(xù)和連續(xù)的臨界條件wRC 在輕載時(shí)直流側(cè)獲得的充電電流是斷續(xù)的 重載時(shí)是連續(xù)的 分界點(diǎn)就是R wC 由 電壓下降速度相等 的原則 可以確定臨界條件 假設(shè)在wt d 2p 3的時(shí)刻 速度相等 恰好發(fā)生 則有 圖2 31電容濾波的三相橋式整流電路當(dāng)wRC等于和小于時(shí)的電流波形a wRC b wRC 由上式可得 2 50 考慮實(shí)際電路中存在的交流側(cè)電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)的電感時(shí)的工作情況 電流波形的前沿平緩了許多 有利于電路的正常工作 隨著負(fù)載的加重 電流波形與電阻負(fù)載時(shí)的交流側(cè)電流波形逐漸接近 圖2 32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 2 主要數(shù)量關(guān)系 1 輸出電壓平均值Ud在 2 34U2 2 45U2 之間變化 2 電流平均值輸出電流平均值IR為 IR Ud R 2 51 與單相電路情況一樣 電容電流iC平均值為零 因此 Id IR 2 52 二極管電流平均值為Id的1 3 即 ID Id 3 IR 3 2 53 3 二極管承受的電壓二極管承受的最大反向電壓為線電壓的峰值 為 整流電路的諧波和功率因數(shù) 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 其應(yīng)用日益廣泛 由此帶來(lái)的諧波 harmonics 和無(wú)功 reactivepower 問(wèn)題日益嚴(yán)重 引起了關(guān)注 無(wú)功的危害 導(dǎo)致設(shè)備容量增加 使設(shè)備和線路的損耗增加 線路壓降增大 沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動(dòng) 諧波的危害 降低設(shè)備的效率 影響用電設(shè)備的正常工作 引起電網(wǎng)局部的諧振 使諧波放大 加劇危害 導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作 對(duì)通信系統(tǒng)造成干擾 對(duì)于非正弦波電壓 滿足狄里赫利條件 可分解為傅里葉級(jí)數(shù) n次諧波電流含有率以HRIn HarmonicRatioforIn 表示 2 57 電流諧波總畸變率THDi TotalHarmonicdistortion 定義為 2 58 正弦波電壓可表示為 基波 fundamental 頻率與工頻相同的分量諧波 頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量諧波次數(shù) 諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比 1 諧波 2 功率因數(shù) 正弦電路中的情況 電路的有功功率就是其平均功率 2 59 視在功率為電壓 電流有效值的乘積 即S UI 2 60 無(wú)功功率定義為 Q UIsinj 2 61 功率因數(shù)l定義為有功功率P和視在功率S的比值 2 62 此時(shí)無(wú)功功率Q與有功功率P 視在功率S之間有如下關(guān)系 2 63 功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差j決定的 l cosj 2 64 非正弦電路中的情況 有功功率 視在功率 功率因數(shù)的定義均和正弦電路相同 功率因數(shù)仍由式定義 不考慮電壓畸變 研究電壓為正弦波 電流為非正弦波的情況有很大的實(shí)際意義 基波因數(shù) n I1 I 即基波電流有效值和總電流有效值之比位移因數(shù) 基波功率因數(shù) cosj1 功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個(gè)因素共同決定的 非正弦電路的無(wú)功功率 定義很多 但尚無(wú)被廣泛接受的科學(xué)而權(quán)威的定義 一種簡(jiǎn)單的定義是仿照式 2 63 給出的 2 67 無(wú)功功率Q反映了能量的流動(dòng)和交換 目前被較廣泛的接受 也可仿照式 2 61 定義無(wú)功功率 為