整流電路之不可控整流電路學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1整流整流(zhngli)電路之不可控整流電路之不可控整流(zhngli)電路電路第一頁，共33頁。2-2單相單相(dn xin)半波不控整流半波不控整流 SSSDVVtdtVV45. 02sin221 0 第2頁/共33頁第二頁，共33頁。2-3單相單相(dn xin)橋式不控整流橋式不控整流第3頁/共33頁第三頁，共33頁。2-4三相三相(sn xin)半波不控整流半波不控整流 SSSDVVtdtVV17. 1263sin23/21501 03 第4頁/共33頁第四頁，共33頁。2-5三相三相(sn xin)橋式不控整流橋式不控整流第5頁/共33頁第五頁，共33頁。2-6 不控整流電

2、路輸出電壓中除直流平均值外，還含有諧波電壓。為此須在整流電路的輸出端與負(fù)載之間接入LC濾波器。 由于整流輸出諧波電壓的頻率不高，因此要有較好濾波效果必須LC很大。 濾波電感L的的重量、體積相對于電容要大得多，通常取較小的L和較大(jio d)的C組成LC濾波器，甚至完全不用電感只用電容濾波。電容電容(dinrng)(dinrng)濾波的不可控整流電濾波的不可控整流電路路第6頁/共33頁第六頁，共33頁。2-71） 工作原理工作原理(yunl)及波形分析及波形分析圖3-28 電容濾波的單相橋式不可控整流電路(dinl)及其工作波形a) 電路(dinl) b) 波形基本工作過程基本工作過程：在u2

3、正半周過零點(diǎn)至 t=0期間，因u2ud，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 t=0之后，u2將要超過ud，使得VD1和VD4開通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電。b)0iudqd2ti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud電容被充電到t=q時(shí)，ud=u2，VD1和VD4關(guān)斷。電容開始以時(shí)間常數(shù)RC按指數(shù)函數(shù)放電。當(dāng)t=，即放電經(jīng)過-q角時(shí)，ud降至開始充電時(shí)的初值，另一對二極管VD2和VD3導(dǎo)通，此后u2又向C充電，與u2正半周的情況一樣。第7頁/共33頁第七頁，共33頁。2-8和和的確定的確定 指指VD1和和VD4導(dǎo)通的時(shí)刻

4、與導(dǎo)通的時(shí)刻與u2過零點(diǎn)相距的角度，過零點(diǎn)相距的角度，指指VD1和和VD4的導(dǎo)通角。的導(dǎo)通角。 在在VD1和和VD4導(dǎo)通期間導(dǎo)通期間 式中，式中，ud(0)為為VD1、VD4開始開始(kish)導(dǎo)通時(shí)刻直流側(cè)電壓值。導(dǎo)通時(shí)刻直流側(cè)電壓值。 將將u2代入并求解得：代入并求解得： 而負(fù)載電流為：而負(fù)載電流為：于是于是)sin(222dtUu2021)0(sin2)0(udtiCuUutCddd)cos(22dtCUiC)sin(222dtRURuiR)sin(2)cos(222ddtRUtCUiiiRCd(3-37)(3-38)(3-39)(3-40)(3-41)3.4.1 電容濾波的單相不可控整

5、流(zhngli)電路第8頁/共33頁第八頁，共33頁。2-93.4.1 電容濾波的單相不可控整流(zhngli)電路RCdq)(tgddqqsin2)sin(222UeURC)(arctgRCdqddsin1)()(arctg2RCRCRCeeRCRC可由式（可由式（3-45）求出）求出，進(jìn)而由式（，進(jìn)而由式（3-44）求出）求出,顯然顯然和和僅由乘積僅由乘積(chngj)RC決定。決定。 (3-42)(3-43)(3-44)(3-45)圖圖3-29 、與與RC的關(guān)系的關(guān)系(gun x)曲線曲線則當(dāng)則當(dāng) t=q q時(shí)，時(shí)，VD1和和VD4關(guān)斷。將關(guān)斷。將id(q q)=0代入式（代入式（3-

6、41），得：），得： 二極管導(dǎo)通后二極管導(dǎo)通后u2開始向開始向C充電時(shí)的充電時(shí)的ud與二極管關(guān)斷后與二極管關(guān)斷后C放電結(jié)束時(shí)的放電結(jié)束時(shí)的ud相等，故有下式成立：相等，故有下式成立： 由式（由式（3-42）和（）和（3-43）得）得 第9頁/共33頁第九頁，共33頁。2-103.4.1 電容濾波的單相不可控整流(zhngli)電路 的另外一種確定方法：的另外一種確定方法：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)刻，從物理意義上講，就是(jish)兩個(gè)電壓下降速度相等的時(shí)刻，一個(gè)是電源電壓的下降速度兩個(gè)電壓下降速度相等的時(shí)刻，一個(gè)是電源電壓的下降速度|du2 /d(t)|，另一個(gè)

7、是，另一個(gè)是假設(shè)二極管假設(shè)二極管VD1和和VD4關(guān)斷而電容開始單獨(dú)向電阻放電時(shí)電壓的下降速度關(guān)斷而電容開始單獨(dú)向電阻放電時(shí)電壓的下降速度|dud/d(t)|p（下標(biāo)表示假設(shè)），據(jù)此即可確定（下標(biāo)表示假設(shè)），據(jù)此即可確定。圖圖3-29 、與與RC的的關(guān)系關(guān)系(gun x)曲線曲線第10頁/共33頁第十頁，共33頁。2-11 輸出(shch)電壓平均值 電流平均值電流平均值 輸出電流平均值IR為： IR = Ud /R Id =IR 二極管電流iD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 （3-47）（3-48）（3-49）22U空載時(shí)， 。重載時(shí)，Ud逐漸

8、趨近于0.9U2，即趨近于接近電阻負(fù)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C值，使 , 此時(shí)輸出電壓為： Ud1.2 U2。2d2UU 2/)53(TRC （3-46）第11頁/共33頁第十一頁，共33頁。2-12圖3-31 感容濾波(lb)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a)b)u2udi20dqti2,u2,ud第12頁/共33頁第十二頁，共33頁。2-13某一對二極管導(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)沒有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，ud按指數(shù)(zhsh)規(guī)律下降。圖3-32 電容濾波的三相橋式不可控整流電

9、路(dinl)及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0dqt3t比如在VD1 1和VD2 2同時(shí)導(dǎo)通之前VD6 6和VD1 1是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流id d是斷續(xù)的。VD1 1一直導(dǎo)通，交替時(shí)由VD6 6導(dǎo)通換相至VD2 2導(dǎo)通，id d是連續(xù)的。第13頁/共33頁第十三頁，共33頁。2-1432=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6ddddqeUtU 電流id 斷續(xù)和連續(xù)的臨界條件臨界條件 RC=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)是連續(xù)的，分界點(diǎn)就是R= / C。3由 “電壓下降速度相等”的原則，可以(ky)

10、確定臨界條件。假設(shè)在t+ =2/3的時(shí)刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有圖3-33電容濾波的三相橋式整流電路當(dāng) RC等于和小于 時(shí)的電流波形 a） RC=b） RC333由上式可得（3-50）a)b)ttttaidaidOOOO通常只有R是可變的，它的大小反映了負(fù)載的輕重，因此在輕載(qn zi)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。第14頁/共33頁第十四頁，共33頁。2-15圖3-34 考慮(kol)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b)c)iaiaOO t t第15頁/共33頁第十五頁，共33頁。2-16（

11、1 1）輸出）輸出(shch)(shch)電壓平均值電壓平均值 Ud Ud在（在（2.34U2 2.45U22.34U2 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IR為：IR = Ud /R （3-51） 與單相電路情況一樣，電容電流iC平均值為零， 因此： Id =IR （3-52） 二極管電流平均值為Id的1/3，即：ID = Id / 3=IR/ 3 （3-53） （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 。 26U第16頁/共33頁第十六頁，共33頁。2-171 1對輸出對輸出(shch)(shch)電壓的影響

12、電壓的影響 電阻R減小(負(fù)載電流增大)或電容容量(rngling)C減小輸出電壓降低、電壓波動(dòng)加大。1) 電容濾波的不控整流電路其輸出電壓平均值不是電容濾波的不控整流電路其輸出電壓平均值不是(b shi)一個(gè)定數(shù)，它將隨著一個(gè)定數(shù)，它將隨著RC的變化而變化。的變化而變化。 2) 輸出電壓平均值的最大值是輸出電壓瞬時(shí)值的峰值，輸出電壓平均值的輸出電壓平均值的最大值是輸出電壓瞬時(shí)值的峰值，輸出電壓平均值的最小值是該電路在電阻負(fù)載情況下的輸出電壓平均值。最小值是該電路在電阻負(fù)載情況下的輸出電壓平均值。小結(jié)小結(jié)maxdU22U22U26UmindU222U2263U263U單相橋式不控整流 三相半波不

13、控整流 三相橋式不控整流 輸出電壓平均值的最大值與最小值在不同電路形式下的值輸出電壓平均值的最大值與最小值在不同電路形式下的值第17頁/共33頁第十七頁，共33頁。2-182對輸入電流對輸入電流(dinli)的影響的影響 若R一定，C加大時(shí)輸出電壓(diny)的平均值增加 iR的平均值也將增大VD的導(dǎo)通角將減小 i2的幅值要增加 要減小電壓波動(dòng)而增大電容C 使輸入電流i2的有效值大大增加使i2的脈動(dòng)增加必須要增加整流二極管的電流容量參數(shù)(cnsh)選擇時(shí)應(yīng)給予注意。 3初始合閘相位的影響初始合閘相位的影響 在三相橋式整流電路中，無論何時(shí)合閘，總有一相處在較高的正電壓位置在合閘的過程中要加有限流

14、措施，或在電路中串入限流電阻，合閘完成后再切除（短路限流電阻），或串入一個(gè)小電感，以限制其過大的合閘電流。 第18頁/共33頁第十八頁，共33頁。2-19第19頁/共33頁第十九頁，共33頁。2-20無功的危害(wihi)：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。對通信系統(tǒng)造成干擾。第20頁/共33頁第二十頁，共33頁。2-21整流器的性能指標(biāo)整流器的性能指標(biāo)整流器最基本(jbn)的性能指標(biāo)有：1. 電壓諧波系數(shù)或紋波系數(shù)-RF

15、2. 電壓脈動(dòng)系數(shù)-Sn 3. 輸入電流總畸變-THD4. 輸入功率因數(shù)-上述基本(jbn)性能指標(biāo)能比較科學(xué)地評價(jià)各種整流電路的性能優(yōu)劣 。第21頁/共33頁第二十一頁，共33頁。2-22紋波電壓的定義：整流輸出電壓中除直流平均值電壓VD外全部交流諧波(xi b)分量有效值VH電壓諧波電壓諧波(xi b)系數(shù)或紋波系數(shù)系數(shù)或紋波系數(shù)RF（Ripple Factor）進(jìn)一步可以(ky)表示為 ：DHvVVRF/12DrmsdHvVVVV22DrmsHVVV電壓諧波（紋波）系數(shù)的定義：輸出電壓中的交流諧波有效值平均值 VH與直流平均值VD 之比值。表示為第22頁/共33頁第二十二頁，共33頁。2

16、-23電壓脈動(dòng)電壓脈動(dòng)(midng)系數(shù)系數(shù)Sn定義：整流輸出(shch)電壓中最低次諧波幅值Vnm與直流平均值VD之比 。Sn=Vnm/VD 第23頁/共33頁第二十三頁，共33頁。2-24對于非正弦波電壓(diny)，滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級數(shù)：正弦波電壓可表示為：)sin(2)(utUtuutaan tbn tnnn()(cossin)01式中式中200)(d)(21ttua20)(dcos)(1ttntuan20)(dsin)(1ttntubnn=1, 2, 3(3-55) 式中U為電壓有效值；u為初相角；為角頻率，=2f=2/T；f為頻率； T為周期。第24頁/共33頁第二

17、十四頁，共33頁。2-25n次諧波電流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示 （2-57）電流諧波總畸變率THDi（Total Harmonic distortion）定義為 （2-58）%1001IIHRInn%1001IITHDhi基波(j b)（fundamental）頻率與工頻相同的分量諧波頻率為基波(j b)頻率大于1整數(shù)倍的分量諧波次數(shù)諧波頻率和基波(j b)頻率的整數(shù)比或或utacntnnn()sin()01式中，式中，cn、n和和an、bn的關(guān)系的關(guān)系(gun x)為為cabnnn22nnnarctg ab(/)acnnnsinbcnnncos(3-

18、56)3.5.1 諧波諧波(xi b)和無功功率分析和無功功率分析基礎(chǔ)基礎(chǔ)第25頁/共33頁第二十五頁，共33頁。2-26正弦電路(dinl)中的情況電路的有功功率有功功率就是其平均功率平均功率：20cos)(21UItuidP（3-59）視在功率視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI （3-60）無功功率無功功率定義為： Q=U I sin （3-61）功率因數(shù)功率因數(shù)l 定義為有功功率P和視在功率S的比值：SPl（3-62） 此時(shí)無功功率Q與有功功率P、視在功率S之間有如下關(guān)系：222QPS（3-63）功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差 決定的：l l =cos （3-64）第26頁/共

19、33頁第二十六頁，共33頁。2-27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。SPl非正弦電路的有功功率 ：P=U I1 cos 1 （3-65）功率因數(shù)功率因數(shù)為：11111coscoscoslIIUIUISP（3-66） 基波因數(shù)基波因數(shù)(ynsh)n =I1 / I，即基波電流有效值和總電流有效值之比，即基波電流有效值和總電流有效值之比 位移因數(shù)位移因數(shù)(ynsh)（基波功率因數(shù)（基波功率因數(shù)(ynsh)）cosj 1功率因數(shù)由基波電流相移基波電流相移和電流波形畸變電流波形畸變這兩個(gè)因

20、素共同決定的。第27頁/共33頁第二十七頁，共33頁。2-28定義很多，但尚無被廣泛接受的科學(xué)而權(quán)威的定義。一種簡單的定義是仿照式（3-63）給出的： （3-67）22PSQ無功功率Q反映了能量(nngling)的流動(dòng)和交換，目前被較廣泛的接受。也可仿照式（3-61）定義無功功率，為和式（3-67）區(qū)別，采用符號Qf，忽略電壓中的諧波時(shí)有：Q f =U I 1 sin 1 (3-68）在非正弦情況下， ，因此引入畸變功率畸變功率D，使得： （3-69）222fQPS2222DQPSfQ f為由基波電流所產(chǎn)生的無功功率，D是諧波電流產(chǎn)生的無功功率。第28頁/共33頁第二十八頁，共33頁。2-29忽略換相過程和電流脈動(dòng)，帶阻感負(fù)載，直流電感L為足夠(zgu)大（電流i2的波形見圖3-6）i2OtdLLL,5,3,1,5,3,12sin2sin14)5sin513sin31(sin4nnntnItnnItttIidd（3-72）變壓器二次側(cè)電流諧波分析：n