電力電子技術(shù)第3章整流電路-3.3~3.5

13.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響■變壓器漏感

◆實(shí)際上變壓器繞組總有漏感，該漏感可用一個(gè)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(duì)電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此換相過(guò)程不能瞬間完成，而是會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。3.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響udidwtOwtOgiciaibicuaubuca◆分析從VT1換相至VT2的過(guò)程

?在t1時(shí)刻之前VT1導(dǎo)通，t1時(shí)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和VT2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)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。?ik=ib是逐漸增大的，而ia=Id-ik是逐漸減小的。

?當(dāng)ik增大到等于Id時(shí)，ia=0，VT1關(guān)斷，換流過(guò)程結(jié)束。

?換相過(guò)程持續(xù)的時(shí)間用電角度表示，稱(chēng)為換相重疊角。

t1時(shí)刻

■三相半波電路◆基本數(shù)量關(guān)系?換相過(guò)程中，整流輸出電壓瞬時(shí)值為3.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響(3-30)3?換相壓降：與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，ud平均值降低的多少，即3.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響(3-31)4udidwtOwtOgiciaibicuaubuca3.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響?換相重疊角

53.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響?換相重疊角

6√隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：

⑴Id越大則越大；

⑵XB越大越大；⑶當(dāng)≤90時(shí)，越小越大。

3.3變壓器漏感對(duì)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脈波整流電路①②

注：①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m=4；②三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。73.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響◆變壓器漏感對(duì)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，有利于晶閘管的安全開(kāi)通，有時(shí)人為串入進(jìn)線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。?換相時(shí)晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt，可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路。?換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。83.4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

93.4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(kāi)關(guān)電源等應(yīng)用場(chǎng)合大都采用不可控整流電路?！鲎畛Ｓ玫氖菃蜗鄻蚴胶腿鄻蚴絻煞N接法。

■由于電路中的電力電子器件采用整流二極管，故也稱(chēng)這類(lèi)電路為二極管整流電路。10例子11開(kāi)關(guān)電源電路圖BoostPFC帶隔離DC-DC輸入濾波輸出濾波AC-DC3.4.1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(guò)程?在u2正半周過(guò)零點(diǎn)至t=0期間，因u2<ud，故二極管均不導(dǎo)通，此階段電容C向R放電，提供負(fù)載所需電流，同時(shí)ud下降。

?至t=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。

?電容被充電到t=時(shí)，ud=u2，VD1和VD4關(guān)斷。電容開(kāi)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(guò)-角時(shí)，ud降至開(kāi)始充電時(shí)的初值，另一對(duì)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。

12◆和的確定

?指VD1和VD4導(dǎo)通的時(shí)刻與u2過(guò)零點(diǎn)相距的角度，指VD1和VD4的導(dǎo)通角。?在VD1和VD4導(dǎo)通期間

3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路133.4.1電容濾波的單相不可控整流電路當(dāng)t=時(shí)，VD1和VD4關(guān)斷二極管導(dǎo)通后u2開(kāi)始向C充電時(shí)的ud與二極管關(guān)斷后C放電結(jié)束時(shí)的ud相等，即：

14id()=03.4.1電容濾波的單相不可控整流電路可由式（3-45）求出，進(jìn)而由式（3-44）求出,顯然和僅由乘積RC決定。

(3-44)(3-45)15■主要的數(shù)量關(guān)系

◆輸出電壓平均值

?空載時(shí)，

?重載時(shí)，Ud逐漸趨近于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：

Ud≈1.2U2(3-46)

3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路16◆電流平均值

?輸出電流平均值IR為：IR=Ud/R(3-47)

Id=IR(3-48)?二極管電流iD平均值為：ID=Id/2=IR/2(3-49)◆二極管承受的電壓

?為變壓器二次側(cè)電壓最大值，即。

3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路173.4.1電容濾波的單相不可控整流電路u2udi20dqpwti2,u2,ud■感容濾波的單相橋式不可控整流電路

◆實(shí)際應(yīng)用中為了抑制電流沖擊，常在直流側(cè)串入較小的電感。

◆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。183.4.2電容濾波的三相不可控整流電路uOiaiduab0dqwtpp3wt■基本原理

◆當(dāng)某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出直流電壓等于交流側(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。19uduac3.4.2電容濾波的三相不可控整流電路uOiaiduab0dqwtpp3wt■電流id斷續(xù)和連續(xù)

◆比如在VD1和VD2同時(shí)導(dǎo)通之前VD6和VD1是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流id是斷續(xù)的。

◆VD1一直導(dǎo)通，交替時(shí)由VD6導(dǎo)通換相至VD2導(dǎo)通，id是連續(xù)的。

◆臨界情況是，

VD6和VD1同時(shí)導(dǎo)通的階段與VD1和VD2同時(shí)導(dǎo)通的階段在ωt+δ=2π/3處恰好銜接起來(lái)，id恰好是連續(xù)的。20uduac3.4.2電容濾波的三相不可控整流電路◆由“電壓下降速度相等”的原則，可以確定臨界條件，假設(shè)在t+=2/3的時(shí)刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有

可得RC=

。RC>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(fù)載的輕重，因此在輕載時(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。

a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO(3-50)21RC=RC<3.4.2電容濾波的三相不可控整流電路iaiaOOtt■考慮電感

◆實(shí)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(shí)，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。

22輕載時(shí)的交流側(cè)電流波形重載時(shí)的交流側(cè)電流波形■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?！綦娏髌骄?/p>

?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=Id/3=IR/3◆二極管承受的電壓?為線電壓的峰值，為。3.4.2電容濾波的三相不可控整流電路(3-51)(3-52)(3-53)233.5整流電路的諧波和功率因數(shù)3.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)3.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)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

243.5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(yīng)用日益廣泛，由此帶來(lái)的諧波和無(wú)功問(wèn)題日益嚴(yán)重?！鰺o(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?！艟€路壓降增大，沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動(dòng)?！鲋C波的危害◆降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。

◆影響用電設(shè)備的正常工作?！粢痣娋W(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?！魧?duì)通信系統(tǒng)造成干擾。

25■諧波

◆正弦波電壓可表示為

◆非正弦電壓u(t)分解為如下形式的傅里葉級(jí)數(shù)

3.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)n=1,2,3…(3-54)263.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)◆基波：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?！鬾次諧波電流含有率以HRIn（HarmonicRatioforIn）表示◆電流諧波總畸變率THDi（TotalHarmonicdistortion）定義為（Ih為總諧波電流有效值）

(3-58)273.5.1諧波和無(wú)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：?視在功率為：S=UI

?無(wú)功功率為：Q=UIsin

?功率因數(shù)為：?無(wú)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：=cos

283.5.1諧波和無(wú)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(chēng)為基波因數(shù)，而cos1稱(chēng)為位移因數(shù)或基波功率因數(shù)。?無(wú)功功率

（2）定義為（基波電流產(chǎn)生的無(wú)功功率）：

畸變功率（諧波電流產(chǎn)生的無(wú)功功率）：（1）一般簡(jiǎn)單定義為（反映了能量的流動(dòng)和交換）：

3.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)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◆輸入電流波形如圖3-6所示，將電流波形分解為傅里葉級(jí)數(shù)302OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u3.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)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◆輸入電流波形如圖3-6所示，將電流波形分解為傅里葉級(jí)數(shù)，可得其中基波和各次諧波有效值為n=1,3,5,…可見(jiàn)，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3-6i2的波形(3-72)(3-73)313.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)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)323.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析■三相橋式全控整流電路

◆以=30為例33ud1a=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc3.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析■三相橋式全控整流電路

◆以=30為例，電流有效值為

◆電流波形分解為傅立葉級(jí)數(shù)

(3-78)(3-79)34圖3-24ia的波形3.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析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)。

(3-80)3.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)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(3-81)(3-82)(3-83)363.5.3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）

◆交流側(cè)諧波組成有如下規(guī)律：

?諧波次數(shù)為奇次。

?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，ωRC越大，則諧波越大，而基波越小。

?越大，則諧波越小。37u2udi20dqpwti2,u2,ud3.5.3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◆功率因數(shù)的結(jié)論：

?通常位移因數(shù)是滯后的，負(fù)載加重（ωRC減小），滯后的角度增大而位移因數(shù)減小；增大，滯后的角度也增大。?ωRC減小，基波因數(shù)增大；增大，基波因數(shù)增大。

38u2udi20dqpwti2,u2,ud3.5.3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（采用感容濾波）◆交流側(cè)諧波組成有如下規(guī)律：?諧波次數(shù)為6k±1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，負(fù)載越輕（ωRC越大），則諧波越大，而基波越小；濾波電感越大（越大），則諧波越小，而基波越大。◆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(shí)相比,位移因數(shù)更接近1。

?隨負(fù)載加重（RC的減小），總的功率因數(shù)提高；同時(shí)，隨濾波電感加大，總功率因數(shù)也提高。393.5.4整流輸出電壓和電流的諧波分析圖3-35=0時(shí)，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(shí)包含各種頻率的諧波?！?0時(shí)，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(dá)式為(3-84)403.5.4整流輸出電壓和電流的諧波分析