整流電路之不可控整流電路課件

第7講

整流電路之電容濾波不可控整流電路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13.4

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，故也稱這類電路為二極管整流電路。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。2單相半波不控整流3單相橋式不控整流4三相半波不控整流5三相橋式不控整流6電容濾波的不可控整流電路不控整流電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(duì)于電容要大得多，通常取較小的L和較大的C組成LC濾波器，甚至完全不用電感只用電容濾波。73.4.1電容濾波的單相不可控整流電路1）

工作原理及波形分析基本工作過程：在u

正半周過零點(diǎn)至t=0期間，因u

<u

，故二極管均不導(dǎo)通，電容C22d向R放電，提供負(fù)載所需電流。至t=0之后，u

將要超過u

，使得VD

和VD

開通，u

=u

，交流電源2d14d2向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電。電容被充電到t=時(shí)，u

=u

，VD

和VD

關(guān)斷。電容開始以時(shí)間常數(shù)RC按指數(shù)函數(shù)放電。d214當(dāng)t=，即放電經(jīng)過-角時(shí)，u

降至開始充電時(shí)的初值，另一對(duì)二極d管VD

和VD

導(dǎo)通，此后u

又向C充電，與u

正半周的情況一樣。2322di,ududVDVD31ii2iCiRC+d12R2t0VD2VD4da)b)圖3-28

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83.4.1電容濾波的單相不可控整流電路◆和的確定?指VD

和VD

導(dǎo)通的時(shí)刻與u

過零點(diǎn)相距的角度，指VD

和VD

的導(dǎo)通角。14214?

在VD

和VD

導(dǎo)通期間14(3-37)(3-38)式中，u

為VD

、VD

開始導(dǎo)通時(shí)刻直流側(cè)電壓值。d(0)14將u

代入并求解得：2而負(fù)載電流為：(3-39)(3-40)于是(3-41)93.4.1電容濾波的單相不可控整流電路則當(dāng)t=時(shí)，VD

和VD

關(guān)斷。將i

()=0代入式14d（3-41），得：(3-42)二極管導(dǎo)通后u

開始向C充電時(shí)的u

與二極管關(guān)2d斷后C放電結(jié)束時(shí)的u

相等，故有下式成立：d(3-43)圖3-29

、與RC的關(guān)系曲線(3-44)由式（3-42）和（3-43）得(3-45)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。103.4.1電容濾波的單相不可控整流電路?的另外一種確定方法：VD

和VD

的關(guān)斷時(shí)刻，從物理意義上講，14就是兩個(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)是假設(shè)二極管VD

和VD

關(guān)斷而電容開始單獨(dú)向電阻放14電時(shí)電壓的下降速度|du

/d(t)|

（下標(biāo)表示假設(shè)），據(jù)此即可確定。dp圖3-29

、與RC的關(guān)系曲線113.4.1電容濾波的單相不可控整流電路2)

主要的數(shù)量關(guān)系輸出電壓平均值空載時(shí)，。重載時(shí)，U

逐漸趨近于0.9U

，即趨近于接近電阻負(fù)載時(shí)的特性。d2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：U

≈1.2

U

。2（3-46）d電流平均值輸出電流平均值I

為：I

=U

/R

（

）3-47RRI

=Idd（3-48）R二極管電流i

平均值為：

I

=I

/2=I

/2（3-49）D二極管承受的電壓DdR123.4.1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。u

波形更平直，電流i

的上升段平緩了許多，這對(duì)于電路的工作是有利的。d2i

,u

,uu2ud22di20d

tb)a)圖3-31

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133.4.2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)沒有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，u

按指數(shù)規(guī)律下降。dudab

uduaca3td0

dOt圖3-32

電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形a)b)比如在VD

和VD

同時(shí)導(dǎo)通之前VD

和VD

是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流i

是斷續(xù)的。1261dVD

一直導(dǎo)通，交替時(shí)由VD

導(dǎo)通換相至VD

導(dǎo)通，i

是連續(xù)的。162d143.4.2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ωt+

=2π/3的時(shí)刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有（3-50）由上式可得電流i

斷續(xù)和連續(xù)的臨界條件RC=d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。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。aaOt

OtididtOt

Oa)b)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）RC<153.4.2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。iaO

tb)iaO

tc)圖3-34

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163.4.2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U

在（2.34U

~2.45U

）之間變化d22（2）電流平均值輸出電流平均值I

為：R（3-51）（3-52）（3-53）I

=

U

/RRd與單相電路情況一樣，電容電流i

平均值為零，C因此：Id

=IR二極管電流平均值為I

的1/3，即：dI

=

I

/

3=I

/

3DdR（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。17小結(jié)1．對(duì)輸出電壓的影響1)

電容濾波的不控整流電路其輸出電壓平均值不是一個(gè)定數(shù)，它將隨著RC的變化而變化。電阻R減小(負(fù)載電流增大)或電容容量C減小→輸出電壓降低、電壓波動(dòng)加大。2)

輸出電壓平均值的最大值是輸出電壓瞬時(shí)值的峰值，輸出電壓平均值的最小值是該電路在電阻負(fù)載情況下的輸出電壓平均值。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單相橋式

三相半波

三相橋式不控整流

不控整流

不控整流182．對(duì)輸入電流的影響若R一定，C加大時(shí)→輸出電壓的平均值增加→

i

的平均值也將增大R→VD的導(dǎo)通角將減小→

i

的幅值要增加2要減小電壓波動(dòng)而增大電容C→使輸入電流i

的有效值大大增加→2使i

的脈動(dòng)增加→必須要增加整流二極管的電流容量→參數(shù)選擇時(shí)應(yīng)給2予注意。3．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。193.5

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(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203.5

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，由此帶來的諧波(harmonics)和無功(reactivepower)問題日益嚴(yán)重，引起了關(guān)注。無功的危害：諧波的危害：導(dǎo)致設(shè)備容量增加。降低設(shè)備的效率。使設(shè)備和線路的損耗增加。影響用電設(shè)備的正常工作。線路壓降增大，沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動(dòng)。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(duì)通信系統(tǒng)造成干擾。21整流器的性能指標(biāo)?

整流器最基本的性能指標(biāo)有：–

1.電壓諧波系數(shù)或紋波系數(shù)-RF–

2.電壓脈動(dòng)系數(shù)-Sn–

3.輸入電流總畸變-THD–

4.輸入功率因數(shù)-λ?

上述基本性能指標(biāo)能比較科學(xué)地評(píng)價(jià)各種整流電路的性能優(yōu)劣

。22電壓諧波系數(shù)或紋波系數(shù)RF（RippleFactor）?

紋波電壓的定義：整流輸出電壓中除直流平均值電壓V

外D全部交流諧波分量有效值VH?

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V

與直流平均值V

之比值。表示為HD進(jìn)一步可以表示為

：23電壓脈動(dòng)系數(shù)Sn–

定義：整流輸出電壓中最低次諧波幅值V

與直流平均nm值V

之比。DS

=V

/Vnnm

D243.5.1

諧波和無功功率分析基礎(chǔ)1）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。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)：(3-55)式中n=1,2,3…253.5.1

諧波和無功功率分析基礎(chǔ)或(3-56)式中，c

、

和a

、b

的關(guān)系為nnnn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n次諧波電流含有率以HRI

（HarmonicRatiofor

I

）表示nn（2-57）電流諧波總畸變率THD（TotalHarmonicdistortion）定義為i（2-58）263.5.1

諧波和無功功率分析基礎(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：（3-59）視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI無功功率定義為：

Q=UIsin（3-60）（3-61）功率因數(shù)l定義為有功功率P和視在功率S的比值：（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)（3-63）系：功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差

決定的：l=cos

（3-64）273.5.1

諧波和無功功率分析基礎(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=UI

cos（3-65）（3-66）11功率因數(shù)為：基波因數(shù)——n

=I

/

I，即基波電流有效值和總電流有效值之比1位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）——cos

1功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個(gè)因素共同決定的。283.5.1

諧波和無功功率分析基礎(chǔ)非正弦電路的無功功率