整流電路之不可控整流電路

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第7講整流電路之電容濾波不可控整流電路

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、開關電源等應用場合中，大量應用。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合，如目前大量普及的微機、電視機等家電產(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

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和較大的C組成LC濾波器，甚至完全不用電感只用電容濾波。電容濾波的不可控整流電路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)波形基本工作過程：在u2正半周過零點至wt=0期間，因u2<ud，故二極管均不導通，電容C向R放電，提供負載所需電流。至wt=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，同時向負載R供電。b)0iudqdp2pwti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud電容被充電到t=時，ud=u2，VD1和VD4關斷。電容開始以時間常數(shù)RC按指數(shù)函數(shù)放電。當t=，即放電經(jīng)過-角時，ud降至開始充電時的初值，另一對二極管VD2和VD3導通，此后u2又向C充電，與u2正半周的情況一樣。8◆和的確定

?指VD1和VD4導通的時刻與u2過零點相距的角度，指VD1和VD4的導通角。?在VD1和VD4導通期間式中，ud(0)為VD1、VD4開始導通時刻直流側(cè)電壓值。將u2代入并求解得：而負載電流為：于是(3-37)(3-38)(3-39)(3-40)(3-41)3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路93.4.1電容濾波的單相不可控整流電路可由式（3-45）求出，進而由式（3-44）求出,顯然和僅由乘積RC決定。

(3-42)(3-43)(3-44)(3-45)圖3-29

、與RC的關系曲線則當t=時，VD1和VD4關斷。將id()=0代入式（3-41），得：

二極管導通后u2開始向C充電時的ud與二極管關斷后C放電結(jié)束時的ud相等，故有下式成立：

由式（3-42）和（3-43）得

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：VD1和VD4的關斷時刻，從物理意義上講，就是兩個電壓下降速度相等的時刻，一個是電源電壓的下降速度|du2/d(t)|，另一個是假設二極管VD1和VD4關斷而電容開始單獨向電阻放電時電壓的下降速度|dud/d(t)|p（下標表示假設），據(jù)此即可確定。圖3-29

、與RC的關系曲線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

（3-47）（3-48）（3-49）空載時，。重載時，Ud逐漸趨近于0.9U2，即趨近于接近電阻負載時的特性。在設計時根據(jù)負載的情況選擇電容C值，使,此時輸出電壓為：Ud≈1.2U2。（3-46）123.4.1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際應用為此情況，但分析復雜。ud波形更平直，電流i2的上升段平緩了許多，這對于電路的工作是有利的。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a)b)u2udi20dqpwti2,u2,ud133.4.2電容濾波的三相不可控整流電路1）基本原理某一對二極管導通時，輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個，該線電壓既向電容供電，也向負載供電。當沒有二極管導通時，由電容向負載放電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。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)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt比如在VD1和VD2同時導通之前VD6和VD1是關斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流id是斷續(xù)的。VD1一直導通，交替時由VD6導通換相至VD2導通，id是連續(xù)的。14電流id

斷續(xù)和連續(xù)的臨界條件wRC=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，分界點就是R=/wC。3.4.2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。假設在ωt+=2π/3的時刻“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wRC等于和小于時的電流波形a）wRC=

b）wRC<由上式可得（3-50）a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO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。153.膛4.賣2電容朵濾波羨的三幅相不洽可控獸整流趕電路考慮紅實際囑電路慘中存斤在的卸交流販側(cè)電倦感以口及為色抑制懷沖擊雄電流掙而串況聯(lián)的猴電感含時的少工作谷情況睬：電流洞波形占的前揉沿平本緩了童許多敘，有企利于益電路討的正北常工誘作。隨著焦負載鈴的加按重，供電流渾波形僻與電漢阻負記載時吩的交彩流側(cè)顧電流腹波形舟逐漸建接近唱。圖3-暴34考慮炊電感稅時電紐奉容濾泛波的倆三相倉橋式細整流住電路疤及其慶波形a）電路牲原理待圖b）輕載靠時的姜交流知側(cè)電襯流波京形c）重載加時的溜交流商側(cè)電上流波萄形b)c)iaiaOOtt163.乒4.之2電容汁濾波閥的三容相不于可控唉整流山電路2)主要中數(shù)量方關系（1）輸出稈電壓揉平均犯值Ud在（2.免34U2~2舅.4私5U2）之間矩變化（2）電流羅平均到值輸出遇電流通平均輩值IR為：IR=Ud/R（3-帽51）與單皇相電括路情攏況一分樣，墳電容逐電流iC平均裳值為濟零，因此友：Id=IR（3-督52）二極瀉管電東流平尿均值碎為Id的1/請3，即：ID=補Id/3=IR/3（3-溫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。

171．對麥輸出墨電壓害的影鞠響電阻R減小(負載離電流辛增大)或電坦容容既量C減小→輸出掠電壓猴降低偷、電尼壓波奶動加笛大。1)電容白濾波亂的不吧控整栽流電違路其唯輸出淘電壓軌平均密值不醉是一悶個定執(zhí)數(shù)，超它將躲隨著RC的變搭化而霜變化健。2)輸出肌電壓脖平均惹值的屆最大莊值是云輸出藏電壓芒瞬時蟲值的捷峰值佛，輸士出電鄉(xiāng)豐壓平俘均值說的最犁小值蛇是該否電路遮在電鍋阻負已載情母況下矩的輸嶼出電判壓平書均值萍。小結(jié)單相橋式不控整流

三相半波不控整流

三相橋式不控整流

輸出控電壓寺平均暖值的垃最大糕值與妄最小愛值在園不同闖電路偉形式始下的吸值182．對輸野入電管流的甚影響若R一定陰，C加大估時→輸出進電壓竭的平黎均值齒增加→iR的平先均值怎也將蜻增大→VD的導齒通角險將減單小→i2的幅久值要俱增加要減蓄小電介壓波古動而陪增大藝電容C鍬→使輸諸入電雅流i2的有犬效值武大大冤增加→使i2的脈坐動增獻加→必須夠要增吧加整蓋流二泥極管方的電踐流容較量→參數(shù)蛋選擇貧時應蠻給予住注意僅。3．初壘始合母閘相博位的剛影響在三秋相橋虜式整竭流電朝路中驗，無劃論何哥時合宰閘，底總有孫一相沫處在棉較高妨的正敲電壓獸位置→在合羊閘的鑰過程覆中要廊加有啟限流伙措施駱，或續(xù)在電疊路中敬串入府限流脂電阻暑，合頁閘完爹成后澆再切謀除（術(shù)短路環(huán)限流證電阻掠），只或串腰入一拔個小淡電感健，以河限制擋其過責大的旦合閘抬電流漢。193.巡壽5整流婦電路盾的諧初波和暖功率漠因數(shù)3.糾5.譯1諧波匪和無尋功功漿率分五析基谷礎3.謠5.最2帶阻鍛感負父載時按可控撕整流欺電路掉交流何側(cè)籍諧享波和著功率肯因數(shù)神分析3.倚5.紹3電容梳濾波戰(zhàn)的不故可控冤整流抵電路頭交流侍側(cè)逃諧較波和乓功率重因數(shù)于分析3.藝5.虎4整流撓輸出園電壓肯和電媽流的鳴諧波雅分析203.嗚5整流睡電路蹲的諧迷波和疤功率狀因數(shù)·引言隨著蔬電力葡電子落技術(shù)頓的發(fā)饒展，繞其應足用日驢益廣爛泛，月由此計帶來草的諧波(h婚ar綠mo改ni框cs)和無功(re島ac址ti橡ve槐p衛(wèi)ow黨er)問題訂日益斗嚴重符，引寇起了艱關注支。無功檔的危廊害：導致優(yōu)設備煤容量吃增加佛。使設腔備和習線路猶的損循耗增盼加。線路和壓降肚增大演，沖臨擊性歷負載宗使電姓壓劇薦烈波宰動。諧波首的危功害：降低介設備霧的效物率。影響釘用電應設備鋪的正陡常工拿作。引起剖電網(wǎng)蛇局部梁的諧蠶振，蠻使諧媽波放等大，落加劇撤危害種。導致祖繼電筐保護尾和自院動裝檔置的謝誤動呆作。對通奧信系疫統(tǒng)造頃成干侮擾。21整流煉器的領性能劍指標整流者器最作基本爬的性蟲能指墾標有壇：1.電壓墾諧波座系數(shù)沒或紋浙波系翁數(shù)-RF2.電壓宴脈動踩系數(shù)-Sn3.輸入癢電流郵總畸彩變-TH額D4.輸入鍵功率恐因數(shù)-λ上述柴基本女性能示指標斬能比士較科界學地彩評價速各種購整流嘆電路繞的性剖能優(yōu)帶劣掙。22紋波秋電壓歇的定針義：擴整流滅輸出轉(zhuǎn)電壓騾中除所直流興平均辰值電俘壓VD外全外部交怒流諧脹波分欣量有渣效值VH電壓賺諧波攤系數(shù)笨或紋淋波系擾數(shù)RF（Ri持pp亦l(xiāng)e悔F饑ac個to濁r）進一甩步可割以表女示為：電壓驢諧波堵（紋掌波）沈系數(shù)導的定泄義：宰輸出粘電壓彈中的祝交流封諧波燈有效犯值平際均值VH與直扔流平驢均值VD之比弟值。匠表示昆為23電壓般脈動情系數(shù)Sn定義夜：整甲流輸食出電個壓中飯最低沸次諧奧波幅折值Vnm與直杏流平雖均值VD之比娃。Sn=Vnm/VD243.益5.戲1諧波億和無閑功功太率分圍析基舉礎1）絕諧波對于盆非正志弦波透電壓開，滿跨足狄拐里赫蹦利條欠件，背可分智解為傅里蟲葉級請數(shù)：正弦波電壓可表示為：式中n=1,2,3…(3-55)式中U為電子壓有合效值掀；u為初蒙相角掠；為角件頻率朽，=2f=扯2/T；f為頻香率；T為周梳期。25n次諧波電流含有率以HRIn（HarmonicRatioforIn）表示

（2-57）電流諧波總畸變率THDi（TotalHarmonicdistortion）定義為

（2-58）基波（fu講nd釘am惡en艘ta適l）——頻率牛與工資頻相弟同的旱分量諧波——頻率寇為基遷波頻告率大圈于1整數(shù)建倍的漸分量諧波橋次數(shù)——諧波池頻率株和基宋波頻借率的疑整數(shù)判比或式中煩，cn、n和an、bn的關饅系為(3胳-5論6)3.排5.糊1諧波伴和無眼功功老率分杯析基外礎263.惱5.命1諧波坑和無存功功驕率分垂析基從礎2）錄功率遇因數(shù)正弦彈電路披中的共情況電路引的有功吵功率就是銀其平均謙功率：（3-59）視在肉功率為電粘壓、蜜電流齊有效狡值的擺乘積嚇，即S=用UI（3-燈60）無功球功率定義報為：Q=隔U鹿Isi處nj（3-菜61）功率芳因數(shù)l定義燃為有秩功功桌率P和視所在功多率S的比續(xù)值：（3-62）此時揀無功預功率Q與有刺功功攝率P、視在喝功率S之間戚有如次下關銅系：（3-63）功率反因數(shù)凱是由該電壓鑒和電乞流的拼相位趁差j決定澤的：l=co藏sj（3-公64）273.軋5.好1諧波軍和無耕功功男率分僚析基沸礎非正集弦電塘路中飼的情也況有功功率、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際意義。非正弦電路的有功功率：P=UI1

cosj1（3-65）功率因數(shù)為：（3-66）

基波斬因數(shù)——n=I1/喚I，即基徹波電梯流有迅效值迫和總紋電流段有效見值之格比位移扇因數(shù)（基愈波功張率因喚數(shù)）——co翅sj1功率船因數(shù)座由基波的電流語相移和電流鬧波形補畸變這兩融個因捕素共場同決鴨定的寬。283.櫻5.辰1諧波伙和無賓功功粗率分揪析基投礎非正弄弦電駐路的匹無功暮功率定義很多，但尚無被廣泛接受的科學而權(quán)威的定義。一種簡單的定義是仿照式（3-63）給出的：（3-67）無功蠶功率Q反映吵了能秋量的叛流動莊和交酸換，歲目前榆被較頁廣泛漁的接虛受。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有：Qf=UI1

sinj

1(3-68）在非正弦情況下，，因此引入畸變功率D，使得：（3-69）Qf為由顧基波章電流踏所產(chǎn)猜生的榆無功題功率艇，D是諧訊波電婆流產(chǎn)斧生的霜無功科功率凝。293.束5.塌2帶阻塑感負競載時邪可控厚整流每電路顏交流栗側(cè)諧私波和倆功率滔因數(shù)仆分析1)單相項橋式胸全控閃整流春電路忽略枕換相禾過程解和電恒流脈掘動，肆帶阻困感負針載，劇直流竊電感L為足汽夠大貫（電凍流i2的波相形見跌圖3-蹲6）i2Owtd（3-72）變壓夠器二老次側(cè)飛電流填諧波績分析涌：n=1,3,5,…（3-73）電流跑中僅躺含奇論次諧遭波。各次潛諧波槍有效比值與侍諧波殃次數(shù)駕成反屆比，娃且與