電力電子技術(shù)：第3章-3-變壓器漏感對整流電路的影響

1、變壓器漏感 實際上變壓器繞組總有漏感，該漏感可用一個集中的電感LB表示，并將其折算到變壓器二次側(cè)。 由于電感對電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此換相過程不能瞬間完成，而是會持續(xù)一段時間。 現(xiàn)以三相半波為例來分析，然后將其結(jié)論推廣 假設負載中電感很大，負載電流為水平線。圖3-26 考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形3.3 變壓器漏感對整流電路的影響13.3 變壓器漏感對整流電路的影響udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca分析從VT1換相至VT2的過程 在t1時刻之前VT1導通， t1時刻觸發(fā)VT2，因a、b兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變，于是VT1

2、和VT2同時導通，相當于將a、b兩相短路，兩相間電壓差為ub-ua，它在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流ik如圖所示。 t1時刻 圖3-26 考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形 23.3 變壓器漏感對整流電路的影響udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca分析從VT1換相至VT2的過程 ik=ib是逐漸增大的，而 ia=Id-ik是逐漸減小的。 當ik增大到等于Id時，ia=0，VT1關(guān)斷，換流過程結(jié)束。 換相過程持續(xù)的時間用電角度表示，稱為換相重疊角。 t1時刻 圖3-26 考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形 33.3 變壓器漏感對整流電路的影響基本數(shù)量關(guān)系 換

3、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，ud平均值降低的多少，即 (3-30)(3-31)43.3 變壓器漏感對整流電路的影響換相重疊角 由式（3-30）得出： 由上式得： 進而得出： 當 時， ，于是 (3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)53.3 變壓器漏感對整流電路的影響 根據(jù)對上述結(jié)果分析，隨其它參數(shù)變化的規(guī)律： Id越大則越大； XB越大越大； 當90時，越小越大。udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca63.3 變壓器漏感對整流電路的影響其它整流電路的分析結(jié)果 電路形式單相全波單相全控橋三相半波三相全控橋m脈波整

4、流電路 注：單相全控橋電路中，環(huán)流ik到從到-Id到Id ，本表所列通用公 式不適用； 三相橋等效為相電壓等于 的6脈波整流電路，故其m=6， 相電壓按 代入。表3-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算 73.3 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(jié)論: 出現(xiàn)換相重疊角，整流輸出電壓平均值Ud降低。 整流電路的工作狀態(tài)增多。 晶閘管的di/dt減小(晶閘管電流上升率下降)，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di/dt。8udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca3.3 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

5、些結(jié)論: 換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt （可以參考三相全控橋式整流電路），可能使晶閘管誤導通，為此必須加吸收電路。 結(jié)合3.7節(jié)學習，可能導致晶閘管無法關(guān)斷。 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源（諧波電流會導致電網(wǎng)諧波電壓）。9udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca3.3 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，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求Ud、Id、IVD、I2和的值并作出ud、iVD和i2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0時的情況。 Ud2.34U2cosUd Ud3XBId IdU

6、dR 解方程組得： Ud2.34U2cos（13XB/R）486.9（V） Id97.38（A） 又 =2 U2 即得出 =0.892 換流重疊角26.93 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i2a的波形如圖3-27所示。103.3 變壓器漏感對整流電路的影響11圖3-27 ud、iVD1和i2a的波形 3.4 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 3.4.2 電容濾波的三相不可控整流電路 123.4 電容濾波的不可控整流電路引言交直交變頻器、不間斷電源、開關(guān)電源等應

7、用場合大都采用不可控整流電路。最常用的是單相橋式和三相橋式兩種接法。 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。133.4.1 電容濾波的單相不可控整流電路工作原理及波形分析 ：基本工作過程 在u2正半周過零點至t=0期間，因u2 和RC 分別是電流id斷續(xù)和連續(xù)的條件。 通常只有R是可變的，它的大小反映了負載的輕重，因此在輕載時直流側(cè)獲得的充電電流是斷續(xù)的，重載時是連續(xù)的。 a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO圖3-33電容濾波的三相橋式整流電路當RC等于和小于時 的電流波形a）RC= b）RC(3-50)193.4.2 電容濾波的三相不可控整流電路b)

8、c)iaiaOO t t考慮電感 實際電路中存在交流側(cè)電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)的電感。 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。 隨著負載的加重，電流波形與電阻負載時的交流側(cè)電流波形逐漸接近。 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a）電路原理圖 b）輕載時的交流側(cè)電流波形 c）重載時的交流側(cè)電流波形203.4.2 電容濾波的三相不可控整流電路主要數(shù)量關(guān)系 輸出電壓平均值 Ud在（2.34U2 2.45U2）之間變化。 電流平均值 輸出電流平均值IR為： IR=Ud/R 電容電流iC平均值為零，因此： Id=IR 二極管電流平均值為Id的1/3，即 ID

9、=Id/3=IR/3 二極管承受的最大反向電壓 為線電壓的峰值，為 。(3-51)(3-52)(3-53)213.5 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(chǔ)3.5.2 帶阻感負載時可控整流電路交流側(cè)諧 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(cè)諧波和功率因數(shù)分析3.5.4 整流輸出電壓和電流的諧波分析 223.5 整流電路的諧波和功率因數(shù)引言隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，其應用日益廣泛，由此帶來的諧波(harmonics)和無功(reactive power)問題日益嚴重，引起了關(guān)注。無功的危害 導致設備容量增加。 使設備和線路的損耗增加。 線路壓降增大，沖擊性負

10、載使電壓劇烈波動。諧波的危害 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。 引起電網(wǎng)局部的諧振，使諧波放大，加劇危害。 導致繼電保護和自動裝置的誤動作。 對通信系統(tǒng)造成干擾。 233.5.1 諧波和無功功率分析基礎(chǔ)諧波 正弦波電壓可表示為 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。 非正弦電壓u(t)分解為如下形式的傅里葉級數(shù) 式中n=1, 2, 3(3-54)(3-55)24/73.5.1 諧波和無功功率分析基礎(chǔ)或式中，cn、n和an、bn的關(guān)系為基波（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

11、。 諧波次數(shù)：諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比。 n次諧波電流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示 電流諧波總畸變率THDi（Total Harmonic distortion）分別定義為（Ih為總諧波電流有效值） (3-56)(3-57)(3-58)253.5.1 諧波和無功功率分析基礎(chǔ)功率因數(shù) 正弦電路 有功功率就是其平均功率： 式中U、I分別為電壓和電流的有效值，為電流滯后于電壓的相位差。視在功率為： S=UI 無功功率為： Q=UIsin 功率因數(shù)為： 無功功率Q與有功功率P、視在功率S之間的關(guān)系： 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：=

12、cos (3-59)(3-60)(3-61)(3-62)(3-63)(3-64)263.5.1 諧波和無功功率分析基礎(chǔ)非正弦電路 有功功率為功率因數(shù)為：式中I1為基波電流有效值，1為基波電流與電壓的相位差。式中，=I1/I，即基波電流有效值和總電流有效值之比，稱為基波因數(shù)，而cos1稱為位移因數(shù)或基波功率因數(shù)。 無功功率 定義很多，但尚無被廣泛接受的科學而權(quán)威的定義。 一般簡單定義為（反映了能量的流動和交換）： 仿照式（2-61）定義為： 畸變功率D為：(3-65)(3-66)(3-67)(3-68)(3-71)3.5.2 帶阻感負載時可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析單相橋式全控整流電路

13、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 其中基波和各次諧波有效值為 n=1,3,5, 可見，電流中僅含奇次諧波，各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。 圖3-6 i2的波形(3-72)(3-73)283.5.2 帶阻感負載時可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析功率因數(shù) 基波電流有效值為i2的有效值I=Id，可得基波因數(shù)為 電流基波與電壓的相位差就等于控制角，故位移因數(shù)為 功率因數(shù)為(3-74)(3-75)(3-76)(3-77)293.5.2 帶阻感負載時可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析圖3-24 ia的波形三相橋式全控整流電路 以=30為

14、例，電流有效值為 電流波形分解為傅立葉級數(shù) (3-78)(3-79)303.5.2 帶阻感負載時可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析由式（3-79）可得電流基波和各次諧波有效值分別為結(jié)論：電流中僅含6k1（k為正整數(shù)）次諧波，各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。 功率因數(shù)基波因數(shù)為電流基波與電壓的相位差仍為，故位移因數(shù)仍為 功率因數(shù)為(3-80)(3-81)(3-82)(3-83)313.5.3 電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析單相橋式不可控整流電路 采用感容濾波。 電容濾波的單相不可控整流電路交流側(cè)諧波組成有如下規(guī)律： 諧波次數(shù)為奇次。 諧波

15、次數(shù)越高，諧波幅值越小。 諧波與基波的關(guān)系是不固定的。 越大，則諧波越小。 關(guān)于功率因數(shù)的結(jié)論如下： 位移因數(shù)接近1，輕載超前，重載滯后。 諧波大小受負載和濾波電感的影響。323.5.3 電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析三相橋式不可控整流電路 有濾波電感。 交流側(cè)諧波組成有如下規(guī)律： 諧波次數(shù)為6k1次，k =1，2，3。 諧波次數(shù)越高，諧波幅值越小。 諧波與基波的關(guān)系是不固定的。 關(guān)于功率因數(shù)的結(jié)論如下： 位移因數(shù)通常是滯后的,但與單相時相比,位移因數(shù)更接近1。 隨負載加重（RC的減?。偟墓β室驍?shù)提高；同時，隨濾波電感加大，總功率因數(shù)也提高。333.5.4 整流輸出電壓和

16、電流的諧波分析圖3-35 =0時，m脈波整流電路的整流電壓波形整流電路的輸出電壓是周期性的非正弦函數(shù)，其中主要成分為直流，同時包含各種頻率的諧波，這些諧波對于負載的工作是不利的。=0時，m脈波整流電路的整流電壓和整流電流的諧波分析 整流電壓表達式為(3-84)343.5.4 整流輸出電壓和電流的諧波分析=0時整流電壓、電流中的諧波有如下規(guī)律： m脈波整流電壓ud0的諧波次數(shù)為mk（k=1，2，3.）次，即m的倍數(shù)次；整流電流的諧波由整流電壓的諧波決定，也為mk次。 當m一定時，隨諧波次數(shù)增大，諧波幅值迅速減小，表明最低次（m次）諧波是最主要的，其它次數(shù)的諧波相對較少；當負載中有電感時，負載電流諧波幅值dn的減小更為迅速。 m增加時，最低次諧波次數(shù)增大，且幅值迅速減小