電容濾波的不可控整流電路和大功率可控整流電路PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1電容濾波的不可控整流電路和大功率可電容濾波的不可控整流電路和大功率可控整流電路控整流電路最常用的是最常用的是單相橋單相橋和和三相橋三相橋兩種接法。兩種接法。由于電路中的電力電子器件采用整流二極管，故由于電路中的電力電子器件采用整流二極管，故也稱這類電路為也稱這類電路為二極管整流電路二極管整流電路。第1頁(yè)/共33頁(yè)1） 工作原理及波形分析工作原理及波形分析圖圖2-24 電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a) 電路電路 b) 波形波形在在u2正半周過零點(diǎn)至正半周過零點(diǎn)至wt=0期間，因期間，因u2ud，故二極，故二極管均不導(dǎo)通，電容管均

2、不導(dǎo)通，電容C向向R放電，提供負(fù)載所需電流放電，提供負(fù)載所需電流。至至wt=0之后，之后，u2將要超過將要超過ud，使得，使得VD1和和VD4開通開通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電供電。b)0iudq qd dp p2p pw wti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud第2頁(yè)/共33頁(yè)導(dǎo)通角導(dǎo)通角的確定：的確定：b)0iudq qd dp p2p pw wti,udu2過了峰值之后，過了峰值之后， u2和電容電壓和電容電壓uC 都開始下降。都開始下降。 VD1和和 VD4的關(guān)斷時(shí)刻，從物理意義上講，就是的關(guān)斷時(shí)

3、刻，從物理意義上講，就是兩個(gè)電壓下降速度相等的時(shí)刻。兩個(gè)電壓下降速度相等的時(shí)刻。)(/2tdduwPdtddu)(/w第3頁(yè)/共33頁(yè) 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 電流平均值電流平均值 輸出電流平均值輸出電流平均值IR為：為： IR = Ud /R Id =IR 二極管電流二極管電流iD平均值為：平均值為： ID = Id / 2=IR/ 2 二極管承受的電壓二極管承受的電壓 22U空載時(shí)，空載時(shí)， 。重載時(shí)，重載時(shí)，Ud逐漸趨近于逐漸趨近于0.9U2，即趨近于接近電阻負(fù)，即趨近于接近電阻負(fù)載時(shí)的特性。載時(shí)的特性。在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)載的情況選擇電容在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)載的情況選擇電容C值，使值，使 ,

4、 此時(shí)輸出電壓為：此時(shí)輸出電壓為： Ud1.2 U2。2d2UU 2/)53(TRC 第4頁(yè)/共33頁(yè)圖圖2-27 感容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形感容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a） 電路圖電路圖 b）波形）波形第5頁(yè)/共33頁(yè)a)b)u2udi20d dq qp pw wti2,u2,udb)0iudq qd dp p2p pw wti,ud第6頁(yè)/共33頁(yè)某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)最大的一個(gè)，該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容

5、向負(fù)載放電，當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，ud按指數(shù)按指數(shù)規(guī)律下降。規(guī)律下降。圖圖2-28 電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt第7頁(yè)/共33頁(yè)32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dpdwdpwwpdwwpwqweUtU 電流電流id 斷續(xù)和連續(xù)的臨界條件斷續(xù)和連續(xù)的臨界條件wRC=33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)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，是連續(xù)的， 分界點(diǎn)就是分界點(diǎn)就是R= /wC。3

6、由由 “電壓下降速度相等電壓下降速度相等”的原則，可以確定臨界條件的原則，可以確定臨界條件。假設(shè)在。假設(shè)在wt+d d =2p p/3的時(shí)刻的時(shí)刻“速度相等速度相等”恰好發(fā)生，則恰好發(fā)生，則有有由上式可得由上式可得（2-50）)(/tdduabw)(/tddudw第8頁(yè)/共33頁(yè)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)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)就是是連續(xù)的，分界點(diǎn)就是R= /wC。3圖圖2-29電容濾波的三相橋式整流電路當(dāng)電容濾波的三相橋式整流電路當(dāng)wRC等于和小于等于和小于 時(shí)的電流波形時(shí)的電流波形 a）wRC=b）wRC333a)b)wtwtwtwta

7、idaidOOOO第9頁(yè)/共33頁(yè)圖圖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）電路原理圖 b）輕載時(shí)的交流側(cè)電流波形）輕載時(shí)的交流側(cè)電流波形 c）重載且濾波電感很大時(shí)的交流側(cè)電流波形）重載且濾波電感很大時(shí)的交流側(cè)電流波形第10頁(yè)/共33頁(yè)（1）輸出電壓平均值）輸出電壓平均值 Ud在（在（2.34U2 2.45U2）之間變化）之間變化（2）電流平均值）電流平均值 輸出電流平均值輸出電流平均值IR為：為：IR = Ud /R 與單相電路情況一樣，電容電流與單相電路情況一樣，電容電流iC平均值為零，平均值為零， 因此：因此：

8、 Id =IR 二極管電流平均值為二極管電流平均值為Id的的1/3，即：，即：ID = Id / 3=IR/ 3 （3）二極管承受的電壓）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，為二極管承受的最大反向電壓為線電壓的峰值，為 26U第11頁(yè)/共33頁(yè)2.3 帶電容濾波的二極管帶電容濾波的二極管整流電路整流電路第12頁(yè)/共33頁(yè)第13頁(yè)/共33頁(yè)第14頁(yè)/共33頁(yè)為消除直流磁化，變壓器為消除直流磁化，變壓器二次側(cè)為兩組二次側(cè)為兩組匝數(shù)相同極匝數(shù)相同極性相反性相反的繞阻，分別接成的繞阻，分別接成兩組三相半波整流電路。兩組三相半波整流電路。aUbUcUaU bU cU 第15頁(yè)/共3

9、3頁(yè)兩組三相半波整流電路直兩組三相半波整流電路直接并聯(lián)接并聯(lián)-六相半波整流六相半波整流電路電路。任何時(shí)刻僅有一只管導(dǎo)通，任何時(shí)刻僅有一只管導(dǎo)通，每管最大的導(dǎo)通角為每管最大的導(dǎo)通角為60o。 =0o時(shí)，輸出電壓波形時(shí)，輸出電壓波形為為6相正弦的包絡(luò)線相正弦的包絡(luò)線；Ud =1.35 U2cos 6相半波整流電路晶閘管相半波整流電路晶閘管導(dǎo)電時(shí)間短，變壓器利用導(dǎo)電時(shí)間短，變壓器利用率低，故極少采用。率低，故極少采用。aUbUcUaU bU cU 第16頁(yè)/共33頁(yè)兩組三相半波整流電路直兩組三相半波整流電路直接并聯(lián)接并聯(lián)-六相半波整流六相半波整流電路電路。 =0o 由于由于6個(gè)晶閘管陰極接在一起，任

10、意時(shí)刻，電壓高的一個(gè)晶閘管陰極接在一起，任意時(shí)刻，電壓高的一相導(dǎo)通后，其它相導(dǎo)通后，其它5個(gè)管子授反向電壓不能導(dǎo)通，任意時(shí)刻個(gè)管子授反向電壓不能導(dǎo)通，任意時(shí)刻只有一個(gè)晶閘管工作，并未真正實(shí)現(xiàn)并聯(lián)工作。只有一個(gè)晶閘管工作，并未真正實(shí)現(xiàn)并聯(lián)工作。 如何使如何使正反組同時(shí)各有一只管子導(dǎo)通，提高輸出電流？正反組同時(shí)各有一只管子導(dǎo)通，提高輸出電流？ 解決辦法：解決辦法：加平衡電抗器加平衡電抗器。第17頁(yè)/共33頁(yè)圖圖2-33 2-33 帶平衡電抗器的帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路雙反星形可控整流電路平衡電抗器：平衡電抗器：帶有中心抽帶有中心抽頭，數(shù)值一般較大；接在頭，數(shù)值一般較大；接在兩個(gè)星形的中點(diǎn)

11、間兩個(gè)星形的中點(diǎn)間；平衡電抗器作用平衡電抗器作用：平衡兩：平衡兩組三相半波整流電路瞬時(shí)組三相半波整流電路瞬時(shí)電壓，保證兩組三相半波電壓，保證兩組三相半波整流電路能同時(shí)導(dǎo)通，實(shí)整流電路能同時(shí)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)運(yùn)行。與三相橋式電路相比，雙與三相橋式電路相比，雙反星形電路的輸出電流可反星形電路的輸出電流可大一倍大一倍。第18頁(yè)/共33頁(yè)繞組的極性相反的目的：繞組的極性相反的目的：消除直流磁通勢(shì)消除直流磁通勢(shì)如圖可知，雖然兩組如圖可知，雖然兩組相電流的瞬時(shí)值不同相電流的瞬時(shí)值不同，但是，但是平均電流相等平均電流相等而而繞組的極性相反繞組的極性相反，所以直流安匝互相抵所以直流安匝互相抵消。消。i1

12、、i2的正負(fù)半周的正負(fù)半周對(duì)稱。對(duì)稱。圖 雙反星形電路， =0時(shí)兩組整流電壓、電流波形第19頁(yè)/共33頁(yè)以以VT1和和VT6同時(shí)導(dǎo)通為例；在同時(shí)導(dǎo)通為例；在wt1處，處， ，給兩管門極同時(shí)加觸發(fā)，給兩管門極同時(shí)加觸發(fā)脈沖?？刂平敲}沖?？刂平?0。0bauu第20頁(yè)/共33頁(yè)圖2-36 平衡電抗器作用下兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)電的情況在在wt1處，給兩管門極同時(shí)加觸處，給兩管門極同時(shí)加觸發(fā)脈沖。控制角發(fā)脈沖?？刂平?0。等效電。等效電路如右。路如右。由于由于 ，VT6先導(dǎo)通，先導(dǎo)通，形成負(fù)載電流，此電流在形成負(fù)載電流，此電流在 Lp上上感應(yīng)一電動(dòng)勢(shì)，左負(fù)右正，其值感應(yīng)一電動(dòng)勢(shì)，左負(fù)右正，其值設(shè)為設(shè)為up

13、/2 ，同時(shí)在，同時(shí)在 另一側(cè)感應(yīng)另一側(cè)感應(yīng)出出 up/2 ，極性如圖。極性如圖。兩管兩管VT1和和VT6共陰極，現(xiàn)以中共陰極，現(xiàn)以中心抽頭為參考點(diǎn)，分析兩管的陽(yáng)心抽頭為參考點(diǎn)，分析兩管的陽(yáng)極電位。極電位。0bauu1/ 2,apuuu6/ 2bpuuu第21頁(yè)/共33頁(yè)圖2-36 平衡電抗器作用下兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)電的情況時(shí)間推遲至?xí)r間推遲至ub與與ua的交點(diǎn)時(shí)，的交點(diǎn)時(shí)， ub = ua ， 。之后之后 ub ub ，電流才從，電流才從VT6換至換至VT2。此時(shí)。此時(shí)VT1、VT2同時(shí)導(dǎo)通。同時(shí)導(dǎo)通。每一組中的每一個(gè)晶閘管仍按三相每一組中的每一個(gè)晶閘管仍按三相半波的導(dǎo)電規(guī)律而各輪流導(dǎo)通。半波

14、的導(dǎo)電規(guī)律而各輪流導(dǎo)通。0pu可見，平衡電抗器起到了電勢(shì)平可見，平衡電抗器起到了電勢(shì)平衡的作用，補(bǔ)償了衡的作用，補(bǔ)償了 的電的電勢(shì)差勢(shì)差,使得使得VT1和和VT6能夠同時(shí)導(dǎo)能夠同時(shí)導(dǎo)通。通。 bauu和1/ 2,apuuu6/ 2bpuuu第22頁(yè)/共33頁(yè)圖圖2-35 平衡電抗器作用下平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形器上電壓的波形12uuudd2pu ,uwupd1d2OO60360 wt1wttb)a)uaubucucuaubub12uuudd1p1()2uuudd1d2p2uuudd1第23頁(yè)/共33頁(yè)圖圖2-37 當(dāng)當(dāng) =30 、60 、9

15、0 時(shí)，雙反星形電路的輸出電壓波形時(shí)，雙反星形電路的輸出電壓波形 分析輸出波形時(shí)，可先求出分析輸出波形時(shí)，可先求出ud1和和ud2波形，然后根據(jù)式波形，然后根據(jù)式（3-98）做出波形）做出波形( ud1+ud2 ) / 2。輸出電壓波形與三相半波電路輸出電壓波形與三相半波電路比較，脈動(dòng)程度減小了，比較，脈動(dòng)程度減小了，脈動(dòng)脈動(dòng)頻率加大一倍頻率加大一倍，f=300Hz。電感負(fù)載電感負(fù)載情況下，移相范圍是情況下，移相范圍是90 。電阻負(fù)載電阻負(fù)載情況下，移相范圍為情況下，移相范圍為120 。9090 。6060 。3030 udududw wtOw wtOw wtOuaubucucuaububuc

16、ucuaububucucuaub第24頁(yè)/共33頁(yè)將將雙反星形電路與三相橋式電路進(jìn)行比較雙反星形電路與三相橋式電路進(jìn)行比較可得可得出以下結(jié)論：出以下結(jié)論：三相橋?yàn)閮山M三相半波三相橋?yàn)閮山M三相半波串聯(lián)串聯(lián)，而雙反星形為兩組，而雙反星形為兩組三相半波三相半波并聯(lián)并聯(lián)，且后者需用平衡電抗器。，且后者需用平衡電抗器。當(dāng)當(dāng)U2相等時(shí)，雙反星形的相等時(shí)，雙反星形的Ud是三相橋的是三相橋的1/2，而，而Id是三相橋的是三相橋的2倍。倍。兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系一樣，系一樣，ud和和id的的波形形狀一樣，均為波形形狀一樣，均為6脈波脈波。第25頁(yè)/

17、共33頁(yè)原理：原理： 按照一定的規(guī)律將兩個(gè)或更多的相同結(jié)構(gòu)的整按照一定的規(guī)律將兩個(gè)或更多的相同結(jié)構(gòu)的整流電路進(jìn)行組合得到。流電路進(jìn)行組合得到。目標(biāo)：目標(biāo)： 移相多重聯(lián)結(jié)移相多重聯(lián)結(jié)減少交流側(cè)輸入電流諧波。減少交流側(cè)輸入電流諧波。第26頁(yè)/共33頁(yè)圖圖2-38 并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波脈波整流電路整流電路有有并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)和和串聯(lián)串聯(lián)多重聯(lián)結(jié)多重聯(lián)結(jié)?？蓽p少輸入電流諧波，可減少輸入電流諧波，減小輸出電壓中的諧波減小輸出電壓中的諧波并提高紋波頻率，因而并提高紋波頻率，因而可減小平波電抗器?？蓽p小平波電抗器。使用使用平衡電抗器平衡電抗器來(lái)平衡來(lái)平衡2組整流器的電流。組整流器的電

18、流。2個(gè)三相橋并聯(lián)而成的個(gè)三相橋并聯(lián)而成的12脈波整流電路脈波整流電路。第27頁(yè)/共33頁(yè)圖圖2-39 移相移相30 串聯(lián)串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路重聯(lián)結(jié)電路 圖圖2-40 移相移相30 串聯(lián)串聯(lián)2重聯(lián)重聯(lián)結(jié)電路電流波形結(jié)電路電流波形整流變壓器二次繞組分別采用星形和三角形接法構(gòu)整流變壓器二次繞組分別采用星形和三角形接法構(gòu)成相位相差成相位相差30 、大小相等的兩組電壓。、大小相等的兩組電壓。該電路為該電路為12脈波整流電路。脈波整流電路。星星形形三角三角形形相移相移60折算折算到原到原邊邊疊加疊加:d=a+c第28頁(yè)/共33頁(yè))32(34dd1IIImpp單橋時(shí)為, 3 , 2 , 1, 112341dkknInImnp即輸入電流諧波次數(shù)為即輸入電流諧波次數(shù)為12k1，其幅值與次數(shù)成，其幅值與次數(shù)成反比而降低。反比而降低。該電路的其他特性如下：該電路的其他特性如下：直流輸出電壓直流輸出電壓 位移因數(shù)位移因數(shù) cosj j1 1=cos （單橋時(shí)相同）（單橋時(shí)相同）功率因數(shù)功率因數(shù)