重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院(2014)第5章 電容濾波不可控整流及功率因素

5.1電容濾波的不可控整流電路5.1.1電容濾波的單相不可控整流電路5.1.2電容濾波的三相不可控整流電路5.1電容濾波的不可控整流電路在交—直—交變頻器、不間斷電源、開(kāi)關(guān)電源等應(yīng)用場(chǎng)合中，大量應(yīng)用。最常用的是單相橋和三相橋兩種接法。由于電路中的電力電子器件采用整流二極管，故也稱(chēng)這類(lèi)電路為二極管整流電路。5.1.1電容濾波的單相不可控整流電路常用于小功率單相交流輸入的場(chǎng)合，如目前大量普及的微機(jī)、電視機(jī)等家電產(chǎn)品中。1）工作原理及波形分析圖2-26

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

b)波形基本工作過(guò)程：在u2正半周過(guò)零點(diǎn)至wt=0期間，因u2<ud，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wt=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。b)0iudqdp2pwti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud5.1.1電容濾波的單相不可控整流電路2)主要的數(shù)量關(guān)系

輸出電壓平均值

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

（2-47）（2-48）（2-49）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。（2-46）5.1.1電容濾波的單相不可控整流電路

感容濾波的二極管整流電路實(shí)際應(yīng)用為此情況，但分析復(fù)雜。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。圖2-29

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b）波形a)b)u2udi20dqpwti2,u2,ud5.1.2電容濾波的三相不可控整流電路1）基本原理某一對(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。圖2-30

電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt電流id

斷續(xù)和連續(xù)的臨界條件wRC=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=/wC。由“電壓下降速度相等”的原則，可以確定臨界條件。假設(shè)在wt+d=2p/3的時(shí)刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有圖2-31電容濾波的三相橋式整流電路當(dāng)wRC等于和小于時(shí)的電流波形a）wRC=

b）wRC<由上式可得（2-50）a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO5.1.2電容濾波的三相不可控整流電路考慮實(shí)際電路中存在的交流側(cè)電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)的電感時(shí)的工作情況：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。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

tt2.4.2電容濾波的三相不可控整流電路2)主要數(shù)量關(guān)系（1）輸出電壓平均值

Ud在（2.34U2~2.45U2）之間變化（2）電流平均值

輸出電流平均值IR為：IR=Ud/R

（2-51）與單相電路情況一樣，電容電流iC平均值為零，因此：Id=IR

（2-52）二極管電流平均值為Id的1/3，即：ID=Id/3=IR/3

（2-53）（3）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。

5.2.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)1）諧波對(duì)于非正弦波電壓，滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級(jí)數(shù)：電流諧波總畸變率THDi（TotalHarmonicdistortion）定義為

（2-58）正弦波電壓可表示為：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)倍的分量諧波次數(shù)——諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比5.2.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)2）功率因數(shù)正弦電路中的情況電路的有功功率就是其平均功率：（2-59）視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI

（2-60）無(wú)功功率定義為：Q=UIsinj

（2-61）功率因數(shù)l定義為有功功率P和視在功率S的比值：（2-62）此時(shí)無(wú)功功率Q與有功功率P、視在功率S之間有如下關(guān)系：（2-63）功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差j決定的：l=cosj

（2-64）5.2.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)非正弦電路中的情況有功功率、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。非正弦電路的有功功率：P=UI1

cosj1