第3章整流電路2

1、第第3章章 整流電路整流電路 3.1 單相可控整流電路單相可控整流電路 3.2 三相可控整流電路三相可控整流電路 3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響 3.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路 3.5 整流電路的諧波和功率因數(shù)整流電路的諧波和功率因數(shù) 3.6 大功率可控整流電路大功率可控整流電路 3.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 3.8 相控電路的驅動控制相控電路的驅動控制 本章小結本章小結 2/1313.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路 觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當 t= 時刻有晶

2、時刻有晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當于樣，相當于觸發(fā)角被推遲為觸發(fā)角被推遲為 。 在在 角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時電流斷續(xù)電流斷續(xù) id波形在一周期內有部分時間為波形在一周期內有部分時間為0的情況，稱為的情況，稱為電流斷續(xù)電流斷續(xù)。 負載為直流電動機時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則負載為直流電動機時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動機的電動機的機械特性機械特性將很軟。將很軟。3/131tOud0Eidtpq =p3.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路為了克服此缺點，一般在主電為了克服此缺點，

3、一般在主電 路中直流輸出側串聯(lián)一個路中直流輸出側串聯(lián)一個平波平波 電抗器電抗器。電感量足夠大使電流連續(xù)，晶電感量足夠大使電流連續(xù)，晶 閘管每次導通閘管每次導通180 ，這時整流，這時整流 電壓電壓ud的波形和負載電流的波形和負載電流id的的 波形與電感負載電流連續(xù)時的波形與電感負載電流連續(xù)時的 波形相同，波形相同，ud的計算公式亦一樣。的計算公式亦一樣。 為保證電流連續(xù)所需的為保證電流連續(xù)所需的電感量電感量L可由下式求出：可由下式求出：圖圖3-8 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路帶反電動勢負載串平波電抗器，帶反電動勢負載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況電流連續(xù)的臨界情況 dmin23d

4、min21087. 222IUIULp(3-17)4/1313.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路例：單相橋式全控整流電路，例：單相橋式全控整流電路，U2=100V，負載中，負載中R=2，L值極大，反電勢值極大，反電勢E=60V，當，當 =30 時，要求：時，要求： 作出作出ud、id和和i2的波形；的波形； 求整流輸出平均電壓求整流輸出平均電壓Ud、電流、電流Id，變壓器二次側電流有效值，變壓器二次側電流有效值I2； 考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流?？紤]安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：解：ud、id和和i2的波形如圖的波形如圖3-9： u2OtOtO

5、tudidi2OtIdIdIdpp 圖圖3-9 ud、id和和i2的波形圖的波形圖5/1313.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路 整流輸出平均電壓整流輸出平均電壓Ud、電流、電流Id，變壓器二次側電流有效值，變壓器二次側電流有效值I2分別為分別為 Ud0.9 U2 cos 0.9100cos3077.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id9(A) 晶閘管承受的最大反向電壓為：晶閘管承受的最大反向電壓為： U2100 141.4（V） 流過每個晶閘管的電流的有效值為：流過每個晶閘管的電流的有效值為： IVTId 6.36（A） 故晶閘管的額定電壓

6、為：故晶閘管的額定電壓為： UN(23)141.4283424（V） 晶閘管的額定電流為：晶閘管的額定電流為： IN(1.52)6.361.5768（A） 晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產品系列參數(shù)選取。晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產品系列參數(shù)選取。2226/1313.1.3 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路a)tb)udi1OOt圖圖3-10 單相全波可控整流電路及波形單相全波可控整流電路及波形帶電阻負載時帶電阻負載時 電路分析電路分析 變壓器變壓器T帶帶中心抽頭中心抽頭。 在在u2正半周，正半周，VT1工作，變壓器二次繞組上半部分流過電流。工作，變壓器二次繞組

7、上半部分流過電流。 u2負半周，負半周，VT2工作，變壓器二次繞組下半部分流過反方向的工作，變壓器二次繞組下半部分流過反方向的 電流。電流。 變壓器也變壓器也不存在直流磁化不存在直流磁化的問題。的問題。 7/1313.1.3 單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路單相全波與單相全控橋的區(qū)別單相全波與單相全控橋的區(qū)別 單相全波中單相全波中變壓器變壓器結構較復雜，材料的消耗多。結構較復雜，材料的消耗多。 單相全波只用單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少個晶閘管，比單相全控橋少2個，個，相應地，門極驅動電路也少相應地，門極驅動電路也少2個；但是晶閘管承個；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的受

8、的最大電壓是單相全控橋的2倍。倍。 單相全波單相全波導電回路導電回路只含只含1個晶閘管，比單相橋個晶閘管，比單相橋少少1個，因而管壓降也少個，因而管壓降也少1個。個。從上述后兩點考慮，單相全波電路有利于在從上述后兩點考慮，單相全波電路有利于在低輸?shù)洼敵鲭妷撼鲭妷旱膱龊蠎?。的場合應用?/1313.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路圖圖3-11 單相橋式半控整流電路，有續(xù)流單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負載時的電路及波形二極管，阻感負載時的電路及波形與全控電路在電阻負載時的工作情況與全控電路在電阻負載時的工作情況相同。相同。帶電感負載帶電感負載 電路分析（先不考慮電路分

9、析（先不考慮VDR ） 每一個每一個導電回路導電回路由由1個晶閘管個晶閘管和和1個二極管個二極管構成。構成。 在在u2正半周，正半周， 處觸發(fā)處觸發(fā)VT1，u2經經VT1和和VD4向負載供電。向負載供電。 u2過零變負時，因電感作用使電流過零變負時，因電感作用使電流連續(xù)，連續(xù)，VT1繼續(xù)導通，但因繼續(xù)導通，但因a點電位低于點電位低于b點電位，電流是由點電位，電流是由VT1和和VD2續(xù)流續(xù)流 ，ud=0。 在在u2負半周，負半周， 處觸發(fā)觸發(fā)處觸發(fā)觸發(fā)VT3，向向VT1加反壓使之關斷，加反壓使之關斷，u2經經VT3和和VD2向負載供電。向負載供電。 u2過零變正時，過零變正時，VD4導通，導通，

10、VD2關關斷。斷。VT3和和VD4續(xù)流，續(xù)流，ud又為零又為零。 Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdtttttttppiVT1iVD4iVT2iVD3iVDRu9/1313.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路續(xù)流二極管續(xù)流二極管VDR 若無續(xù)流二極管，則當若無續(xù)流二極管，則當 突然增大至突然增大至180 或觸或觸發(fā)脈沖丟失發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導通而兩時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導通而兩個二極管輪流導通的情況，這使個二極管輪流導通的情況，這使ud成為成為正弦半波正弦半波，即半周期即半周期ud為正弦，另外半周期為正弦，另外半周期ud為零，其平均為零，其平

11、均值保持恒定，相當于單相半波不可控整流電路時值保持恒定，相當于單相半波不可控整流電路時的波形，稱為的波形，稱為失控失控。 有有續(xù)流二極管續(xù)流二極管VDR時，續(xù)流過程由時，續(xù)流過程由VDR完成，完成，避免了失控的現(xiàn)象。避免了失控的現(xiàn)象。 續(xù)流期間導電回路中只有一個管壓降，少了一續(xù)流期間導電回路中只有一個管壓降，少了一個管壓降，有利于降低損耗。個管壓降，有利于降低損耗。 10/1313.1.4 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路的另一種接法單相橋式半控整流電路的另一種接法 相當于把圖相當于把圖3-5(a)中的中的VT3和和VT4換為二極管換為二極管VD3和和VD4，這樣可

12、以省去續(xù)流二極管這樣可以省去續(xù)流二極管VDR，續(xù)流由續(xù)流由VD3和和VD4來實現(xiàn)來實現(xiàn)。 這種接法的兩個晶閘管這種接法的兩個晶閘管陰極電位陰極電位不同，二者的觸發(fā)電路不同，二者的觸發(fā)電路需要需要隔離隔離。圖圖2-11 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路的另一接法的另一接法圖圖3-4 (a)單相全控橋式電路單相全控橋式電路11/1313.2 三相可控整流電路三相可控整流電路 3.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 3.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路12/1313.2 三相可控整流電路三相可控整流電路引言引言其交流側由其交流側由三相電源三相電源供電。供電。 當

13、整流負載容量較大，或要求直流電壓脈動較小、易濾當整流負載容量較大，或要求直流電壓脈動較小、易濾波時，應采用三相整流電路。波時，應采用三相整流電路。最基本的是最基本的是三相半波三相半波可控整流電路可控整流電路。應用最為廣泛的應用最為廣泛的三相橋式三相橋式全控整流電路、以及全控整流電路、以及雙反星形雙反星形可控整流電路、可控整流電路、十二脈波十二脈波可控整流電路等?？煽卣麟娐返?。 13/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 b)c)d)e)f)u2Riduaubuc =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttt a)圖圖3-13 三相半波可控整流

14、電路共陰極接三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負載時的電路及法電阻負載時的電路及 =0 時的波形時的波形 電阻負載電阻負載 電路分析電路分析 為得到零線，變壓器二次側必須為得到零線，變壓器二次側必須接成接成星形星形，而一次側接成，而一次側接成三角形三角形，避，避免免3次諧波次諧波流入電網(wǎng)。流入電網(wǎng)。 三個晶閘管按三個晶閘管按共陰極接法共陰極接法連接連接,這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便。便。 假設將晶閘管換作二極管，三個假設將晶閘管換作二極管，三個二極管對應的相電壓中哪一個的值最二極管對應的相電壓中哪一個的值最大，則該相所對應的二極管導通，并大，則該相所對應的

15、二極管導通，并使另兩相的二極管承受反壓關斷，輸使另兩相的二極管承受反壓關斷，輸出整流電壓即為該相的出整流電壓即為該相的相電壓相電壓。 自然換相點自然換相點 在相電壓的交點在相電壓的交點 t1、 t2、 t3處，處，均出現(xiàn)了二極管換相，稱這些交點為均出現(xiàn)了二極管換相，稱這些交點為自然換相點自然換相點。 將其作為將其作為 的起點的起點，即，即 =0。14/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 =30u2uaubucOtOtOtOtOtuGuduabuact1iVT1uVT1uac =0 (波形見上頁波形見上頁) 三個晶閘管輪流導通三個晶閘管輪流導通120 ，ud波形為三個相電

16、波形為三個相電壓在正半周期的壓在正半周期的包絡線包絡線。 變壓器二次繞組電流有變壓器二次繞組電流有直流分量直流分量。 晶閘管電壓由一段晶閘管電壓由一段管壓管壓降降和兩段和兩段線電壓線電壓組成，隨組成，隨著著 增大，晶閘管承受的電增大，晶閘管承受的電壓中正的部分逐漸增多。壓中正的部分逐漸增多。 =30 負載電流處于負載電流處于連續(xù)和斷連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)續(xù)的臨界狀態(tài)，各相仍導，各相仍導電電120 。 圖圖3-14 三相半波可控整流電路，三相半波可控整流電路，電阻負載，電阻負載， =30 時的波形時的波形15/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路tttt =60u2uaubu

17、cOOOOuGudiVT1圖圖3-15 三相半波可控整流電路，電阻負載，三相半波可控整流電路，電阻負載， =60 時的波形時的波形 30 當導通一相的相電壓過零變負時，該相晶閘管關斷，但下一相晶閘管因未當導通一相的相電壓過零變負時，該相晶閘管關斷，但下一相晶閘管因未觸發(fā)而不導通，此時輸出電壓電流為零。觸發(fā)而不導通，此時輸出電壓電流為零。 負載電流負載電流斷續(xù)斷續(xù)，各晶閘管導通角，各晶閘管導通角小于小于120 。 16/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路基本數(shù)量關系基本數(shù)量關系當當 繼續(xù)增大，整流電壓越來越小，繼續(xù)增大，整流電壓越來越小，電阻負載時電阻負載時 角的角的移移

18、相范圍相范圍為為150 。 整流電壓平均值整流電壓平均值 30 時，負載電流時，負載電流連續(xù)連續(xù)，有，有 當當 =0時，時，Ud最大，為最大，為Ud=Ud0=1.17U2。 30 時，負載電流時，負載電流斷續(xù)斷續(xù)，晶閘管導通角減小，此時，晶閘管導通角減小，此時有有 ppppcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262ppppppUttdUUd(3-18)(3-19)17/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路Ud/U2隨隨 變化的規(guī)律變化的規(guī)律 03060901201500.40

19、.81.21.17321/( )Ud/U2圖圖3-16 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路Ud/U2與與 的關系的關系電阻電阻負載負載電感電感負載負載電阻電電阻電感負載感負載18/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路負載電流平均值為負載電流平均值為晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值,即即 晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即的峰值，即 RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM(3-20)(3-21)(3-22)19/1313

20、.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路阻感負載阻感負載 電路分析電路分析 L值很大，整流電流值很大，整流電流id的的波形基本是平直的，流過晶波形基本是平直的，流過晶閘管的電流接近閘管的電流接近矩形波矩形波。 30 時，整流電壓波形時，整流電壓波形與電阻負載時相同。與電阻負載時相同。 30 時，當時，當u2過零時，過零時，由于電感的存在，阻止電流由于電感的存在，阻止電流下降，因而下降，因而VT1繼續(xù)導通，繼續(xù)導通，直到下一相晶閘管直到下一相晶閘管VT2的觸的觸發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，由由VT2導通向負載供電，同導通向負載供電，同時向時向VT1施加反壓使其關斷。

21、施加反壓使其關斷。 uuuudiaabcibiciduacOtOtOOtOOtttu圖圖3-17 三相半波可控整流電路，阻三相半波可控整流電路，阻感負載時的電路及感負載時的電路及 =60 時的波形時的波形20/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路基本數(shù)量關系基本數(shù)量關系 的的移相范圍移相范圍為為90 。 整流電壓平均值整流電壓平均值 Ud/U2與與 的關系的關系 L很大，如曲線很大，如曲線2所示。所示。 L不是很大，則當不是很大，則當 30 后，后，ud中負的部分中負的部分可能減少，整流電壓平可能減少，整流電壓平均值均值Ud略為增加，如曲略為增加，如曲線線3 所示。所示。

22、cos17.12dUU03060901201500.40.81.21.17321/( )Ud/U2圖圖3-16 三相半波可控整三相半波可控整流電路流電路Ud/U2與與 的關系的關系21/1313.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為 晶閘管的額定電流為晶閘管的額定電流為 晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值，即值，即 三相半波可控整流電路的主要缺點在于其變壓器二次電三相半波可控整流電路的主要缺點在于其變壓器二次電流中含有流中含有直流分量直流分量，為此其

23、應用較少。，為此其應用較少。ddTIIII577. 0312ddAVTIII368. 057. 1)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)22/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路要點：要點： 三相橋式是兩個三相半三相橋式是兩個三相半波電路的串聯(lián)。波電路的串聯(lián)。如果兩組負載完全相同且觸發(fā)角一樣，則流過兩個負載的電流完全相等，電路零線無電流通過。將零線去掉，并不影響電路的工作。就成為三相橋式全控整流電路。圖圖3-18 三相橋式全控整流電路原理圖三相橋式全控整流電路原理圖23/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路原理圖原理圖 陰

24、極連接在一起的陰極連接在一起的3個個晶閘管（晶閘管（VT1，VT3，VT5）稱為稱為共陰極組共陰極組；陽極連接在；陽極連接在一起的一起的3個晶閘管（個晶閘管（VT4，VT6，VT2）稱為）稱為共陽極組共陽極組。 共陰極組中與共陰極組中與a，b，c三相電源相接的三相電源相接的3個晶閘管個晶閘管分別為分別為VT1，VT3，VT5，共，共陽極組中與陽極組中與a，b，c三相電三相電源相接的源相接的3個晶閘管分別為個晶閘管分別為VT4，VT6，VT2。 晶閘管的導通順序為晶閘管的導通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 圖圖3-18 三相橋式全控整流電路原理圖三相橋式全控整流電路原理圖

25、24/13125/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路帶電阻負載時的工作情況帶電阻負載時的工作情況 電路分析電路分析 各自然換相點既是各自然換相點既是相電壓相電壓的交點，同時也是的交點，同時也是線電壓線電壓的交點。的交點。 當當 60 時時 ud波形均波形均連續(xù)連續(xù)，對于電阻負載，對于電阻負載，id波形與波形與ud波形的形狀是一樣波形的形狀是一樣的，也的，也連續(xù)連續(xù)。 =0 時，時，ud為線電壓在正半周的為線電壓在正半周的包絡線包絡線。波形見。波形見圖圖3-19 時段時段共陰極組中導通的晶閘管共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的晶閘管

26、共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表表3-1 三相橋式全控整流電路電阻負載三相橋式全控整流電路電阻負載 =0 時晶閘管工作情況時晶閘管工作情況26/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 =30 時，晶閘管起始導通時刻推遲了時，晶閘管起始導通時刻推遲了30 ，組成，組成ud的每的每一段線電壓因此推遲一段線電壓因此推遲30 ，ud平均值降低，波形見平均值降低，波形見圖圖3-20。 =60 時，時，ud波形中每段線電壓的

27、波形繼續(xù)向后移，波形中每段線電壓的波形繼續(xù)向后移，ud平平均值繼續(xù)降低。均值繼續(xù)降低。 =60 時時ud出現(xiàn)了出現(xiàn)了為零的點為零的點，波形見，波形見圖圖3-21。當當 60 時時 因為因為id與與ud一致，一旦一致，一旦ud降為至零，降為至零，id也降至零，晶閘管也降至零，晶閘管關斷，輸出整流電壓關斷，輸出整流電壓ud為零為零，ud波形不能出現(xiàn)負值。波形不能出現(xiàn)負值。 =90 時的波形見時的波形見圖圖3-22。 27/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的一些特點三相橋式全控整流電路的一些特點 每個時刻均需每個時刻均需2個個晶閘管同時導通，形成向負載供

28、電的晶閘管同時導通，形成向負載供電的回路，共陰極組的和共陽極組的回路，共陰極組的和共陽極組的各各1個個，且不能為同一相，且不能為同一相的晶閘管。的晶閘管。 對觸發(fā)脈沖的要求對觸發(fā)脈沖的要求 6個晶閘管的脈沖按個晶閘管的脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，的順序，相位依次差相位依次差60 。 共陰極組共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差的脈沖依次差120 ，共陽極，共陽極組組VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。 同一相的上下兩個橋臂，即同一相的上下兩個橋臂，即VT1與與VT4，VT3與與VT6，VT5與與VT2，脈沖相差，脈沖相差180 。28/1313

29、.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路整流輸出電壓整流輸出電壓ud一周期一周期脈動脈動6次次，每次脈動的波形都一樣，每次脈動的波形都一樣，故該電路為故該電路為6脈波整流電路脈波整流電路。在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續(xù)時，為確保電路在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續(xù)時，為確保電路的正常工作，需保證同時導通的的正常工作，需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖個晶閘管均有脈沖 寬脈沖寬脈沖觸發(fā)觸發(fā) ：使脈沖寬度大于：使脈沖寬度大于60 （一般?。ㄒ话闳?0 100 ） 雙脈沖雙脈沖觸發(fā)觸發(fā) ：用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的：用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的前沿相差前沿相差60

30、，脈寬一般為，脈寬一般為20 30 。 常用的是雙脈沖觸發(fā)。常用的是雙脈沖觸發(fā)。 晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也一樣。最大正、反向電壓的關系也一樣。29/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路阻感負載時的工作情況阻感負載時的工作情況 電路分析電路分析 當當 60 時時 ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負載時十分波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。閘管承受

31、的電壓波形等都一樣。 區(qū)別在于區(qū)別在于電流電流，當電感足夠大的時候，當電感足夠大的時候，id、iVT、ia的的波形在導通段都可近似為一條水平線。波形在導通段都可近似為一條水平線。 =0 時的波形見時的波形見圖圖3-23， =30 時的波形見時的波形見圖圖3-24。 當當 60 時時 由于電感由于電感L的作用，的作用，ud波形會出現(xiàn)波形會出現(xiàn)負的部分負的部分。 =90 時的波形見時的波形見圖圖3-25。 30/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路基本數(shù)量關系基本數(shù)量關系 帶電阻負載時三相橋式全控整流電路帶電阻負載時三相橋式全控整流電路 角的移相范圍是角的移相范圍是120 ，

32、帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的，帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的 角移相角移相范圍為范圍為90 。 整流輸出電壓平均值整流輸出電壓平均值 帶阻感負載時，或帶電阻負載帶阻感負載時，或帶電阻負載 60 時時 帶電阻負載且?guī)щ娮柝撦d且 60 時時 pppcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232ppppUttdUUd(3-26)(3-27)31/1313.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路輸出電流平均值為輸出電流平均值為Id=Ud/R。當整流變壓器為圖當整流變壓器為圖3-17中所示采用中所示采用星形接法星形接法，帶阻感負

33、，帶阻感負載時，變壓器二次側電流波形如圖載時，變壓器二次側電流波形如圖3-23中所示，為正負中所示，為正負半周各寬半周各寬120 、前沿相差、前沿相差180 的矩形波，其有效值為：的矩形波，其有效值為： 晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。三相橋式全控整流電路接三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負載反電勢阻感負載時的時的Id為：為： 式中式中R和和E分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。 2221222()0.8162333ddddIIIIIppp REUIdd(3-28)(3-29)32/1313.3 變

34、壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感變壓器漏感 實際上變壓器繞組總有實際上變壓器繞組總有漏感漏感，該漏感可用一個，該漏感可用一個集中的電感集中的電感LB表示，并將其折算到表示，并將其折算到變壓器二次側變壓器二次側。 由于電感對電流的變化起阻礙作用，電感電流由于電感對電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此不能突變，因此換相換相過程不能瞬間完成，而是會過程不能瞬間完成，而是會持續(xù)一段時間持續(xù)一段時間。 現(xiàn)以三相半波為例來分析，然后將其結論推廣現(xiàn)以三相半波為例來分析，然后將其結論推廣 假設負載中電感很大，假設負載中電感很大，負載電流為水平線負載電流為水平線。 33/13

35、13.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響udidtOtOgiciaibiciaIduaubuc分析從分析從VT1換相至換相至VT2的過程的過程 在在 t1時刻之前時刻之前VT1導通，導通， t1時刻觸發(fā)時刻觸發(fā)VT2，因，因a、b兩相兩相均有漏感，故均有漏感，故ia、ib均不能突變，均不能突變，于是于是VT1和和VT2同時導通，相當同時導通，相當于將于將a、b兩相短路兩相短路，兩相間電，兩相間電壓差為壓差為ub-ua，它在兩相組成的，它在兩相組成的回路中產生回路中產生環(huán)流環(huán)流ik如圖所示。如圖所示。 ik=ib是逐漸增大的，而是逐漸增大的，而 ia=Id-ik是逐漸減小的

36、。是逐漸減小的。 當當ik增大到等于增大到等于Id時，時，ia=0，VT1關斷，換流過程結束。關斷，換流過程結束。 換相過程持續(xù)的時間用電換相過程持續(xù)的時間用電角度角度g g表示，稱為表示，稱為換相重疊角換相重疊角。 t1時刻時刻 圖圖3-26 考慮變壓器漏感時的三考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形相半波可控整流電路及波形 34/1313.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響基本數(shù)量關系基本數(shù)量關系 換相過程中，整流輸出電壓瞬時值為換相過程中，整流輸出電壓瞬時值為 換相壓降：與不考慮變壓器漏感時相比，換相壓降：與不考慮變壓器漏感時相比，ud平均值降平均值降低的多少

37、，即低的多少，即 2ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL iX Itpp g gppp gpppppp (3-30)(3-31)35/1313.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響換相重疊角換相重疊角g g 由式（由式（3-30）得出：）得出： 由上式得：由上式得： 進而得出：進而得出： 當當 時，時， ，于是，于是 B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutikp2Bd65sin ()d26kiUttXp

38、2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXpppgtdIik)cos(cos26B2dgXUI2dB62)cos(cosUIXg(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)36/1313.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響 g g隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：隨其它參數(shù)變化的規(guī)律： Id越大則越大則g g越大；越大； XB越大越大g g越大；越大； 當當 90 時，時， 越小越小g g越大。越大。其它整流電路的分析結果其它整流電路的分析結果 電路形式電路形式單相全波單相全波單相全控橋單相全控橋三相半波三相半波三相全控橋三相全控

39、橋m脈波整流電路脈波整流電路 dU)cos(cosgdBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd注：單相全控橋電路中，注：單相全控橋電路中，XB在一周期的兩次換相中都起作用，等效為在一周期的兩次換相中都起作用，等效為m=4； 三相橋等效為相電壓等于三相橋等效為相電壓等于 的的6脈波整流電路，故其脈波整流電路，故其m=6，相電壓按，相電壓按 代入。代入。23U23U表表3-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算 37/1313.3 變壓器漏感對整流電路

40、的影響變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路影響的一些結論變壓器漏感對整流電路影響的一些結論: 出現(xiàn)換相重疊角出現(xiàn)換相重疊角g g，整流輸出電壓平均值，整流輸出電壓平均值Ud降低。降低。 整流電路的工作狀態(tài)增多。整流電路的工作狀態(tài)增多。 晶閘管的晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全開通，有時人為串入進減小，有利于晶閘管的安全開通，有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。 換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產生正的換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產生正的du/dt，可能使晶閘管誤導，可能使晶閘管誤導 通，為此必須加通，為此必須加吸收電路吸收電路。 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)

41、缺口，成為換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源干擾源。38/1313.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響例：三相橋式不可控整流電路，阻感負載，例：三相橋式不可控整流電路，阻感負載，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求求Ud、Id、IVD、I2和和g g的值并作出的值并作出ud、iVD和和i2的波形。的波形。解：三相橋式不可控整流電路相當于三相橋式可控整流電路解：三相橋式不可控整流電路相當于三相橋式可控整流電路 0時的情況。時的情況。 Ud3.34U2cos Ud Ud3XBIdp p IdUdR 解方程組得：解方程組得： Ud3.34U2cos （13XB/p p

42、R）486.9（V） Id97.38（A） 又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 換流重疊角換流重疊角g g26.93 二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為 IVDId397.38333.46（A） I2a Id79.51（A） ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如圖圖3-27所示。所示。cos)cos(gBdXI6gcos3239/1313.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路 3.4.1 電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路 3.4.2 電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路

43、40/1313.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路引言引言交交直直交變頻器、不間斷電源、開關電交變頻器、不間斷電源、開關電源等應用場合大都采用源等應用場合大都采用不可控整流電路不可控整流電路。最常用的是最常用的是單相橋式單相橋式和和三相橋式三相橋式兩種接法。兩種接法。 由于電路中的電力電子器件采用由于電路中的電力電子器件采用整流二極整流二極管管，故也稱這類電路為，故也稱這類電路為二極管整流電路二極管整流電路。41/1313.4.1 電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路工作原理及波形分析工作原理及波形分析 基本工作過程基本工作過程 在在u2正半周過零點至正半

44、周過零點至 t=0期間，因期間，因u2 和和 RC 分別是電流分別是電流id斷續(xù)和連續(xù)的條件。斷續(xù)和連續(xù)的條件。 通常只有通常只有R是可變的，它的大小反映了是可變的，它的大小反映了負載的輕重負載的輕重，因此在，因此在輕載輕載時直流側時直流側獲得的充電電流是獲得的充電電流是斷續(xù)斷續(xù)的，的，重載重載時是時是連續(xù)連續(xù)的。的。 32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dppppqeUtU333a)b)ttttaidaidOOOO圖圖3-33電容濾波的三相電容濾波的三相橋式整流電路當橋式整流電路當 RC等于等于和小于時和小于時 的電流波形的電流波形a）

45、 RC= b） RC333(3-50)49/1313.4.2 電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路b)c)iaiaOO t t考慮電感考慮電感 實際電路中存在實際電路中存在交流側電感交流側電感以及為以及為抑制沖擊電流抑制沖擊電流而串聯(lián)的而串聯(lián)的電感電感。 有電感時，電流波形的前沿平緩了許多，有利于電路的正常工作。有電感時，電流波形的前沿平緩了許多，有利于電路的正常工作。 隨著隨著負載的加重負載的加重，電流波形與電阻負載時的交流側電流波形逐漸，電流波形與電阻負載時的交流側電流波形逐漸接近。接近。 圖圖3-34 考慮電感時電容濾波的三相橋式整流電路及其波形考慮電感時電容濾波的三

46、相橋式整流電路及其波形a）電路原理圖）電路原理圖 b）輕載時的交流側電流波形）輕載時的交流側電流波形 c）重載時的交流側電流波形）重載時的交流側電流波形50/131主要數(shù)量關系主要數(shù)量關系 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。 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 電容電流電容電流iC平均值為零平均值為零，因此：，因此： 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 二極管承受的電壓二極管承受的電壓 為為線電壓線電壓的峰值，為的峰值，為 。3.4

47、.2 電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路(3-51)(3-52)(3-53)26U51/1313.5 整流電路的諧波和功率因數(shù)整流電路的諧波和功率因數(shù)3.5.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎3.5.2 帶阻感負載時可控整流電路交流側諧帶阻感負載時可控整流電路交流側諧 波和功率因數(shù)分析波和功率因數(shù)分析3.5.3 電容濾波的不可控整流電路交流側諧電容濾波的不可控整流電路交流側諧波和功率因數(shù)分析波和功率因數(shù)分析3.5.4 整流輸出電壓和電流的諧波分析整流輸出電壓和電流的諧波分析 52/1313.5 整流電路的諧波和功率因數(shù)整流電路的諧波和功率因數(shù)引言引言隨著電力

48、電子技術的發(fā)展，其應用日益廣泛，由此帶來隨著電力電子技術的發(fā)展，其應用日益廣泛，由此帶來的的諧波諧波(harmonics)和和無功無功(reactive power)問題日益嚴重，問題日益嚴重，引起了關注。引起了關注。無功的危害無功的危害 導致設備容量增加。導致設備容量增加。 使設備和線路的損耗增加。使設備和線路的損耗增加。 線路壓降增大，沖擊性負載使電壓劇烈波動。線路壓降增大，沖擊性負載使電壓劇烈波動。諧波的危害諧波的危害 降低發(fā)電、輸電及用電設備的效率。降低發(fā)電、輸電及用電設備的效率。 影響用電設備的正常工作。影響用電設備的正常工作。 引起電網(wǎng)局部的諧振，使諧波放大，加劇危害。引起電網(wǎng)局部

49、的諧振，使諧波放大，加劇危害。 導致繼電保護和自動裝置的誤動作。導致繼電保護和自動裝置的誤動作。 對通信系統(tǒng)造成干擾。對通信系統(tǒng)造成干擾。 53/131諧波諧波 正弦波正弦波電壓可表示為電壓可表示為 式中式中U為電壓有效值；為電壓有效值； u為初相角；為初相角； 為角頻率，為角頻率， =2p pf=2p p/T；f為頻率；為頻率； T為周期。為周期。 非正弦非正弦電壓電壓u( t)分解為如下形式的傅里葉級數(shù)分解為如下形式的傅里葉級數(shù) 3.5.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎)sin(2)(utUtuutaan tbn tnnn()(cossin)01式中式中pp200)(d)(

50、21ttuapp20)(dcos)(1ttntuanpp20)(dsin)(1ttntubnn=1, 2, 3(3-54)(3-55)54/1313.5.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎或或utacntnnn()sin()01式中，式中，cn、 n和和an、bn的關系為的關系為cabnnn22nnnarctg ab(/)acnnnsinbcnnncos基波（基波（fundamental）：頻率與工頻相同的分量。：頻率與工頻相同的分量。 諧波諧波：頻率為基波頻率大于：頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量。整數(shù)倍的分量。 諧波次數(shù)諧波次數(shù)：諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比。：諧波頻率和基波頻

51、率的整數(shù)比。 n次諧波電流含有率以次諧波電流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示）表示 HRIIInn1100(%)電流諧波總畸變率電流諧波總畸變率THDi（Total Harmonic distortion）分別定義為（）分別定義為（Ih為總為總諧波電流有效值）諧波電流有效值） (%)1001IITHDhi(3-56)(3-57)(3-58)55/1313.5.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎功率因數(shù)功率因數(shù) 正弦電路正弦電路 有功功率就是其平均功率：有功功率就是其平均功率： pp20cos)(21IUtiduP式中式中U、I分別為電壓和電流的有

52、效值，分別為電壓和電流的有效值， 為電流滯后于電壓的相位差。為電流滯后于電壓的相位差。視在功率為：視在功率為： S=UI 無功功率為：無功功率為： Q=UIsin 功率因數(shù)為：功率因數(shù)為： SP無功功率無功功率Q與有功功率與有功功率P、視在功率、視在功率S之間的關系：之間的關系： 222QPS在正弦電路中，功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差在正弦電路中，功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差 決定的，其值為：決定的，其值為： =cos (3-59)(3-60)(3-61)(3-62)(3-63)(3-64)56/13122PSQ3.5.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎11cosIUP 非正

53、弦電路非正弦電路 有功功率為有功功率為功率因數(shù)為：功率因數(shù)為：式中式中I1為基波電流有效值，為基波電流有效值， 1為基波電流與電壓的相位差。為基波電流與電壓的相位差。11111coscoscosIIUIUISP式中，式中， =I1/I，即基波電流有效值和總電流有效值之比，稱為，即基波電流有效值和總電流有效值之比，稱為基波因數(shù)基波因數(shù)，而而cos 1稱為稱為位移因數(shù)位移因數(shù)或或基波功率因數(shù)基波功率因數(shù)。 無功功率無功功率 定義很多，但尚無被廣泛接受的科學而權威的定義。定義很多，但尚無被廣泛接受的科學而權威的定義。 一般簡單定義為（反映了能量的流動和交換）：一般簡單定義為（反映了能量的流動和交換）： 仿照式（仿照式（2-61）定義為：）定義為： 畸變功率畸變功率D為：為：22222nnfIUQPSD(3-65)(3-66)(3-67)(3-68)(3-71)11sinIQUf57/1313.5.2 帶阻感負載時可控整流電路交流側諧波和功率因數(shù)分析帶阻感負載時可控整流電路交流側諧波和功率因數(shù)分析單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路 電流波形如圖電流波形如圖3-6所示，將電流波形分解為傅里葉級數(shù)，可得所示，將電流波形分解為傅里葉級數(shù)，可得 ,5, 3, 1,5, 3, 12sin2sin14)5sin513sin31(sin4nnnddt