電力電子課件第三章

第3章整流電路(AC/DC變換）-23.1單相可控整流電路3.2三相可控整流電路3.3變壓器漏感對整流電路的影響3.4電容濾波的不可控整流電路3.5整流電路的諧波和功率因數(shù)3.6大功率可控整流電路3.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)3.8相控電路的驅(qū)動控制12/28/202313.3變壓器漏感對整流電路的影響

理想狀態(tài)進(jìn)行換相時，換相是瞬時的。但實(shí)際上，變壓器繞組是有漏感的，由于漏感的作用，所以換相不是瞬時完成的。LRudidVT2VT1VT3uaubuc-+-+-+udidwtwtOuaubuc0V5V-5V-5V0V5V理想情況下，300觸發(fā)。ua12/28/20232iaibLRudidVT2VT1VT3uaubuc-+-+-+3.3變壓器漏感對整流電路的影響udidwtwtOuaubuciciaik

LB

LB

LBVT1換相至VT2的過程：因a、b兩相均有漏感,故ia、ib均不能突變。于是VT1和VT2同時導(dǎo)通.

由于此時ub大于ua，則產(chǎn)生環(huán)流ik和電壓差ub-ua，這個電壓差加在了兩個漏感LB上。+-u-+uia

+

ib=Id=恒定值ua

由于電流由a相換到b相，所以

ia的電流由最大值Id逐漸減??；ib的電流由零逐漸增大；12/28/20233uaiaibLRudidVT2VT1VT3uaubuc-+-+-+3.3變壓器漏感對整流電路的影響udidwtwtOuaubuciciaik

LB

LB

LBVT1換相至VT2的過程：

當(dāng)ia電流減到零；ib電流增到Id；VT1關(guān)斷,換流過程結(jié)束。+-u-+u此時的ud=ub，ib=Id。ib換相壓降換相導(dǎo)致ud均值降低多少，用△Ud

表示換相重疊角換相過程持續(xù)的時間，用電角度g

表示。ic其它相的換相過程同理。iag此時的ud=ub-uLB。ia

+

ib=Id=恒定值12/28/20234LRudidVT2VT1VT3uaubuc-+-+-+uaiaib3.3變壓器漏感對整流電路的影響udidwtwtOuaubucicia

LB

LB

LB+-u-+uibiciag特點(diǎn)：整流輸出電壓平均值Ud降低晶閘管的di/dt

減小，有利于晶閘管的安全開通。換相時晶閘管電壓及電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口出現(xiàn)缺口，成為干擾源。ik12/28/20235LRudidVT2VT1VT3uaubuc-+-+-+uaiaib3.3變壓器漏感對整流電路的影響udidwtwtOuaubucicia

LB

LB

LB+-u-+uibiciag求換相壓降：ik12/28/20236LRudidVT2VT1VT3uaubuc-+-+-+uaiaib3.3變壓器漏感對整流電路的影響udidwtwtOuaubucicia

LB

LB

LB+-u-+uibiciag求換相重疊角：ik12/28/20237LRudidVT2VT1VT3uaubuc-+-+-+uaiaib3.3變壓器漏感對整流電路的影響udidwtwtOuaubucicia

LB

LB

LB+-u-+uibiciagik12/28/20238注：①單相全控橋電路中，環(huán)流ik是從-Id變?yōu)镮d。本表所列通用公式不適用；

②三相橋等效為相電壓等于√3U2

的6脈波整流電路，故其m=6，相電壓按√3U2

代入。表3-2各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算cos

a-cos(a+g)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

dUDdBIXpdB2IXp2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22BddB23IXpdB3IXpdB2ImXp12/28/202393.4電容濾波的不可控整流電路

老知識，已經(jīng)在模電的直流穩(wěn)壓電源這章學(xué)習(xí)過，這里以電容濾波的單相不可控整流電路為例，對原理做個簡單的回顧。12/28/202310電容濾波的單相不可控整流電路工作原理及波形分析Ti2aVD1VD3idRu1u2bVD2VD4ud+C初始時：

uC

=0V

+_wtud電容通過負(fù)載R的放電慢于正弦變化，則二極管截止，ud按指數(shù)規(guī)律下降。超過A點(diǎn)后，正弦值高于指數(shù)值，則二極管導(dǎo)通，ud按正弦規(guī)律變化。A_+A優(yōu)點(diǎn)：脈動減小

12/28/2023111基本概念2從輸入側(cè)討論為什么m越大，諧波越小，功率因數(shù)越大3從輸出側(cè)討論為什么m越大，諧波越小3.5整流電路的諧波和功率因數(shù)12/28/202312非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，使電壓波形也變?yōu)榉钦也ā?基本概念1.諧波什么情況下產(chǎn)生非正弦電？正弦波電壓施加在線性電路上時，電流為正弦波。正弦波電壓施加在非線性電路上時，電流變?yōu)榉钦也ā?/p>

非正弦電壓施加在線性電路上時，電流也是非正弦波。12/28/202313式中

怎么描述非正弦電？傅里葉級數(shù)n=1,2,3,…12/28/202314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n次諧波電流含有率以HRIn表示

電流諧波總畸變率THDi式中,Ih

為總諧波電流有效值12/28/202315有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)λ的定義：2.功率因數(shù)SQPλ=cosφ則在正弦電路中：提問：在非正弦電路中功率因數(shù)還是上式么？不是！12/28/202316非正弦電路中功率因數(shù)：設(shè)正弦波電壓有效值為U，畸變電流有效值為I，則基波電流有效值及與電壓的相位差分別為I1和φ1，這時有功功率為功率因數(shù)為式中：ν=I1/I,基波電流有效值和總電流有效值之比，為基波因數(shù)。cosφ1為位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）公用電網(wǎng)中，通常電壓的波形畸變很小，但電流波形的畸變可能很大，因此我們研究電壓波形為正弦波，而電流波形為非正弦波的電路。12/28/2023172從輸入側(cè)討論為什么m越大，諧波越小，功率因數(shù)越大

1.單相橋式全控整流電路i2在一個周期的表達(dá)式為:i2的傅里葉級數(shù)表達(dá)式為:12/28/20231812/28/202319基波電流有效值為:i2的有效值為:基波因數(shù)為:12/28/202320電流基波與電壓的相位差就等于控制角

，故位移因數(shù)為所以，功率因數(shù)為LTi2aVT1VT3idRu1u2bVT2VT4udu2wtwtwtudidi2wtwtwtwtIdIdIdIdIdiVT1,4iVT2,3uVT1,412/28/2023212.三相橋式全控整流電路

將采用同樣的方法對三相橋式全控整流電路的電流波形分解成傅里葉級數(shù)，則有基波電流有效值為:ia的有效值為:基波因數(shù)為：位移因數(shù)為：功率因數(shù)為：結(jié)論：m越大，諧波越小，功率因數(shù)越高。電能質(zhì)量越好。12/28/2023223.單相橋式及三相橋式電容不可控整流電路

書上給出了結(jié)論，其實(shí)是通過前述的方法推導(dǎo)得出的，由于電容濾波的不可控整流電路的波形表達(dá)式復(fù)雜，所以書上直接給出了結(jié)論，但同學(xué)們通過前一個小節(jié)的學(xué)習(xí)，要了解得到書上結(jié)論的理論依據(jù)。12/28/2023233從輸出側(cè)討論為什么m越大，諧波越小

同樣采用傅里葉級數(shù)進(jìn)行分析。當(dāng)

=0時，整流電壓的表達(dá)式為

整流輸出電壓諧波分析

首先寫出輸出電壓

=0時的通用波形。定義諧波分量:12/28/202324（3-85）式中，k=1，2，3，…

且（3-86）其中（3-89）整流電壓有效值U為（3-90）12/28/202325將式（3-89）、式（3-90）和式（3-86）代入式（3-88）得（3-91）表3-3給出了不同脈波數(shù)m時的電壓紋波因數(shù)值m23612∞gu（%）48.218.274.180.9940結(jié)論：m越大，諧波越小。電能質(zhì)量越好。12/28/2023263.6大功率可控整流電路3.6.1帶平衡電抗器的雙反星型可控整流電路3.6.2多重化整流器12/28/2023273.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路圖3-35帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路TabcLRiPLPudidVT2VT6VT4VT1VT3VT5c'a'b'

電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)變壓器二次側(cè)為兩組匝數(shù)相同極性相反的繞阻，分別接成兩組三相半波電路。

設(shè)置電感量為Lp的平衡電抗器是為保證兩組三相半波整流電路能同時導(dǎo)電。與三相橋式電路相比，在采用相同晶閘管的條件下，雙反星形電路的輸出電流可大一倍，輸出電壓是三相橋的1/2。消磁VT61VT12VT23VT45VT34VT56用于低壓大電流場合12/28/202328

由于兩組匝數(shù)相等、方向相反，所以產(chǎn)生的相電壓大小相等、相位也互差1800。u2Owtuau‘2Owtua’TabcLRiPLPudidVT2VT6VT4VT1VT3VT5c'a'b'電流亦大小相等而方向相反，所以直流安匝互相抵消。可消除鐵芯的直流磁化。+--+12/28/202329udOwtuaucubUa’Ub’uc’——六相半波整流電路只能有一個晶閘管導(dǎo)電，其余五管均阻斷，每管最大導(dǎo)通角為60o，平均電流為Id/6。當(dāng)α=0o

時，Ud為1.35U2，比三相半波時的1.17U2略大些。因晶閘管導(dǎo)電時間短，變壓器利用率低，極少采用。T1T2T3T4T5T6雙反星形電路中不接平衡電抗器：TabcLRudidVT2VT6VT4VT1VT3VT5c'a'b'12/28/202330TabcLRiPLPudidVT2VT6VT4VT1VT3VT5c'a'b'雙反星形電路中接平衡電抗器ud2Owtua’ub’uc’LRLPudidVT2VT6VT4c'a'b'LRLPudidVT2VT6VT4c'a'b'ud2abcLRLPudidVT1VT3VT5cbaLRLPudidVT1VT3VT5ud1ud1Owtuaucub

——保證兩組三相半波電路同時工作。T2T4T6T6T1T3T5T112/28/202331TabcLRiPLPudidVT2VT6VT4VT1VT3VT5c'a'b'雙反星形電路中接平衡電抗器ud1ud2Owtua’ub’uc’T2T4T6T6LRLPudidVT2VT6VT4c'a'b'LRLPudidVT2VT6VT4c'a'b'ud2abcLRLPudidVT1VT3VT5ud1OwtuaucubT1T3T5T1

——保證兩組三相半波電路同時工作。ud1OwtuaucubT1T3T5T1udOwtuaucubUa’Ub’uc’Ub’T1T2T3T4T5T6T6T12T23T34T45T56T61T61特點(diǎn)：1、每管導(dǎo)通1200。2、每管的觸發(fā)方式同三相橋式電路。12/28/202332udOwtuaucubUa’Ub’uc’Ub’T1T2T3T4T5T6T6T12T23T34T45T56T61T61cbaLRLPudidVT1VT3VT5LRLPudidVT2VT6VT4c'a'b'ud1雙反星形電路中接平衡電抗器

——保證兩組三相半波電路同時工作。ud2–+ub’VT6–+ud–+ud2–+1/2upuaVT1–+–+ud1–+1/2up脈動頻率加大一倍，f=300Hz。upOwt12/28/202333

=30

、

=60

和

=90

時輸出電壓的波形分析電阻負(fù)載情況下，移相范圍為120

。電感負(fù)載情況下，移相范圍是90

。。90=a。60=a。30=audududwtOwtOwtOuaubucuc'ua'ub'ubucuc'ua'ub'ubucuc'ua'ub'12/28/202334雙反星形電路與三相橋式電路進(jìn)行比較可得出以下結(jié)論（1）三相橋?yàn)閮山M三相半波串聯(lián)，而雙反星形為兩組三相半波并聯(lián)，且后者需用平衡電抗器。

（2）當(dāng)U2相等時，雙反星形的Ud是三相橋的1/2，而Id是單相橋的2倍。（3）兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系一樣，ud和id的波形形狀一樣。12/28/202335按一定的規(guī)律將兩個或更多個相同結(jié)構(gòu)的整流電路進(jìn)行組合。若將整流電路進(jìn)行移相多重聯(lián)結(jié)，主要用來減少交流側(cè)輸入電流諧波。若將串聯(lián)多重整流電路采用順序控制的方法主要用來提高功率因數(shù)。3.6.2多重化整流電路12/28/202336圖3-40并聯(lián)2重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路

對于交流輸入電流，采用并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)和串聯(lián)多重聯(lián)結(jié)效果相同。1.移相多重聯(lián)結(jié)圖3-41移相30

串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路——實(shí)質(zhì)：通過增大脈動來實(shí)現(xiàn)。12/28/202337圖3-41移相30

串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路利用整流變壓器二次繞組接法的不同，使兩組三相交流電源的線電壓相位錯開30

。利用整流變壓器二次繞組的匝數(shù)比不同，使兩組三相交流電源的線電壓大小相等?？紤]：下圖通過移相30

串聯(lián)2重怎么得到12脈波整流電路?ud0I°滯后30°IICBA***iAc

1b1a1c2b2a2iab2ia1LRidIIIua1b1ua2b21112/28/202338bac負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2ua-+-+ub-+ucudOwtRudidVT2VT1VT3uaubuc-+-+-+udwtOuaubucuabucaubcubaucbuac考慮：三相半波電路，為什么m=3？因?yàn)榻?jīng)過1200要換到另外的電壓上?？紤]：三相橋式電路，為什么m=6？因?yàn)榻?jīng)過600要換到另外的電壓上。12/28/202339u2Owtua1b1uc1a1ub1c1ub1a1uc1b1ua1c1u2wtOua2b2uc2a2ub2c2ub2a2uc2b2ua2c2u2wtOua2b2uc2a2ub2c2ub2a2uc2b2ua2c2同理：為什么移相30

串聯(lián)2重電路，m=12?因?yàn)榻?jīng)過300要換到另外的電壓上。12/28/202340

利用變壓器二次繞阻接法的不同，互相錯開20

，可將三組橋構(gòu)成串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路。

串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路的整流電壓ud在每個電源周期內(nèi)脈動18次，故此電路為18脈波整流電路。將整流變壓器的二次繞組移相15

，可構(gòu)成串聯(lián)4重聯(lián)結(jié)電路為24脈波整流電路。12/28/202341

采用多重聯(lián)結(jié)的方法并不能提高位移因數(shù)，但可使輸入電流諧波大幅減小，提高基波因數(shù)，從而也可以在一定程度上提高功率因數(shù)。l=0.9886cosa

=0.9949cosa

=0.9971cosa討論：12脈波整流電路：18脈波整流電路：24脈波整流電路：12/28/202342

多重聯(lián)結(jié)電路的順序控制只對多重整流橋中一個橋的

角進(jìn)行控制，其余各橋的工作狀態(tài)則根據(jù)需要輸出的整流電壓而定