電力電子技術(shù) kPE課件5專業(yè)課教材

第5章其它整流電路及諧波

與功率因數(shù)問題1．電容濾波的不可控整流電路；2．整流電路的諧波和功率因數(shù)；3．帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路?！?.1電容濾波的不可控整流電路5.1.1電容濾波的單相橋式不可控整流電路輸出平均電壓Ud(2)電流平均值流過二極管的電流IVD的平均值為

二極管承受的最大反向電壓5.1.2電容濾波的三相橋式不可控整流電路

Gobackuab、uac分別比ua超前和滯后30o。id脈沖連續(xù)的臨界條件：輕載時(shí)（），id斷續(xù)。重載時(shí)（），電流id連續(xù)性好。

=RC小，C放電快，ud下降多，uab>ud時(shí)間長(zhǎng)，脈沖展寬。ud

波形電流

波形

Goback

Goback輸出電壓平均值：二極管最大反壓（線壓峰值）串入直流電抗器：電流脈沖平緩，電流諧波含量減小。ud

波形

Goback

隨著電力技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，由此給電力系統(tǒng)帶來了日益嚴(yán)重的諧波(harmonics)和無功(reactivepower)問題引起了越來越廣泛的關(guān)注?！?.2整流電路的諧波和功率因數(shù)無功危害：導(dǎo)致電流增大，使電網(wǎng)容量不能充分利用；使設(shè)備和線路損耗增加；使線路壓降增大，沖擊性無功功率還會(huì)使電壓劇烈波動(dòng)。諧波危害：使電力設(shè)備產(chǎn)生附加損耗，降低效率，大量的三次諧波流過中性線會(huì)使線路過熱，甚至產(chǎn)生火災(zāi)。使電氣設(shè)備發(fā)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過熱。引起電網(wǎng)局部發(fā)生串、并聯(lián)諧振，使諧波能量放大，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重事故。導(dǎo)致自動(dòng)裝置誤動(dòng)，或測(cè)量?jī)x表不準(zhǔn)。對(duì)鄰近通信設(shè)備產(chǎn)生干擾。5.2.1

諧波與功率因數(shù)的關(guān)系電網(wǎng)施加給負(fù)載的電壓為正弦，但負(fù)載從電網(wǎng)索取的電流是否亦為正弦，則決定于負(fù)載是線性還是非線性。線性負(fù)載：如R，L，C等，電流為同頻正弦波。非線性負(fù)載：如電力半導(dǎo)體設(shè)備，尤其是常用的SCR整流，電流變?yōu)榉钦摇；?fundamental)與諧波：非正弦電流展為傅氏級(jí)數(shù)，頻率仍與工頻相同的分量稱為基波；頻率為基波頻率整數(shù)倍的分量稱為諧波。電流諧波總畸變率：（TotalHarmonicDistortion)

Ih—總諧波電流的有效值

I1—基波電流有效值通常公用電網(wǎng)中的電壓波形畸變很小，而電流波形畸變可能很大，故在分析中，將電壓視為正弦，電流為非正弦，具有實(shí)際意義。有功功率

P=UI1cos

1，

1為電壓U與基波電流I1之間的相位差角。功率因數(shù)：

I—電流的總有效值，

=I1/I稱畸變因數(shù)（或基波因數(shù)）

cosφ1稱位移因數(shù)(displacementfactor)（或基波功率因數(shù)）。

可見功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形的畸變程度兩個(gè)因素決定。大L-R（E）負(fù)載時(shí)，變壓器副邊電流i2為近似180

正負(fù)對(duì)稱方波?；ㄅc各次諧波電流有效值為波形圖5.2.2

整流電路交流側(cè)的諧波與功率因數(shù)

1.單相全控橋整流求畸變因數(shù)：i2總有效值I=Id，求位移因數(shù)：電流基波與電壓u2的相位差角等于控制角

，cosφ1=cos

功率因數(shù)：

Goback2.

三相全控橋整流L很大時(shí)，id近恒流Id，ia比ua滯后角為30

+

，120

正負(fù)對(duì)稱方波，總有效值基波與諧波有效值：

n=5,7,11,13…不含3的整倍數(shù)次諧波也不含偶次諧波。波形圖求功率因數(shù):

畸變因數(shù)：

位移因數(shù):

功率因數(shù):

pf與密切相關(guān)。相控整流的缺點(diǎn)：

↑

pf↓波形圖Goback3.電容濾波的不可控整流

三相橋式不可控整流交流側(cè)電流諧波的特點(diǎn)：諧波次數(shù)為6k

1次(k=1,2,3……)，不含3的整倍次和偶次諧波。諧波次數(shù)越高，其幅值越小。諧波和基波的幅值大小與負(fù)載輕重有關(guān)：負(fù)載越輕（

RC大）則諧波越大（ia變尖銳），基波越??；濾波電感越大，則諧波越小，而基波越大。因而，串入大電抗可大大降低諧波污染。功率因數(shù)的特點(diǎn)：位移因數(shù)稍有滯后（ia的基波ia1稍后偏，但很?。┍葐蜗鄷r(shí)，更接近于1（φ1≈0）。負(fù)載加重（

RC↓），則pf↑；隨L↑→pf↑（

ia脈沖展寬，諧波減?。１热缱冾l器不外接DC電抗器時(shí)，

pf為0.65左右，加入大電抗可使pf提高到0.95。5.2.3

整流輸出電壓和電流的諧波研究整流器交流側(cè)輸入電流的諧波問題，目的在于減小諧波對(duì)電網(wǎng)的污染和提高功率因數(shù)。而研究整流器輸出的諧波問題，目的在于減小直流側(cè)對(duì)負(fù)載的諧波影響，提高供電質(zhì)量。各種整流電路

角不同，Ud及各次諧波大小也不同。傅氏級(jí)數(shù)復(fù)雜，主要講以下幾點(diǎn)：

1.電壓脈動(dòng)系數(shù)（紋波系數(shù)）：

2.m（脈動(dòng)數(shù)）一定時(shí)（比如三相全橋m=6）m次諧波是主要的，次數(shù)越高，幅值越小，頻率為50Hz×mk。3.m增大時(shí)，最低次諧波頻率升高，幅值減少，

u也減小。大L負(fù)載時(shí)，電流諧波減小更快。m23612∞γu0.4820.18270.04180.00990不同脈波數(shù)m時(shí)的電壓紋波因數(shù)值

諧波電壓與a角的關(guān)系（以三相橋整流電路為例）

三相橋式整流電路的整流電壓分解為傅里葉級(jí)數(shù)，可求得以n為參變量，n次諧波幅值（取其標(biāo)幺值）對(duì)a

的關(guān)系：

當(dāng)a從0

~90

變化時(shí)，ud的諧波幅值隨a增大而增大，

a

=90

時(shí)諧波幅值最大。a從90

~180

之間電路工作于有源逆變工作狀態(tài)，ud的諧波幅值隨a增大而減小。曲線

Goback§5.3帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路

主要介紹帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路，適用于低壓大電流輸出，如電解電鍍等工業(yè)應(yīng)用。6相半波整流：將兩個(gè)三相半波電路并聯(lián)，以擴(kuò)大輸出電流。變壓器原邊

接，兩組副邊分別Y接，但極性相反，即雙反星聯(lián)接。不存在直流磁化問題。6相對(duì)稱交流電壓，依次相差60o。

=0o時(shí)，輸出電壓波形為6相正弦的包絡(luò)線。6相半波

Goback6個(gè)陽極總是電位最高者導(dǎo)通，任何時(shí)刻僅有一只管導(dǎo)通，每管每周僅導(dǎo)通60o，比三相半波時(shí)縮短一半。導(dǎo)通時(shí)間縮短的原因：兩組之間有彼此關(guān)斷作用，每組半波電路工作狀況與獨(dú)立工作時(shí)不同。引入平衡電抗器Lp：使兩個(gè)半波電路之間隔離，相互之間不再彼此影響。改進(jìn)電路6相半波ud1,ud2各為三相半波輸出，id近恒流，Id1=Id2=Id/2。每只SCR導(dǎo)通120o，與半波獨(dú)立時(shí)相同，輸出電流為每個(gè)半波電路的2倍。負(fù)載輸出電壓ud=(ud1+ud2)/2。up電壓波形：up=

ud2-ud1，波形為三倍頻近似三角波，對(duì)應(yīng)于6相交流電壓波形中的三角傘狀區(qū)。ud1，ud2組合波形改進(jìn)電路

Goback

Goback

圖3-16平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形Goback環(huán)流：up作用于Lp兩端產(chǎn)生電流ip，經(jīng)過兩組星接半波電路構(gòu)成回路，不流經(jīng)負(fù)載。id2=?Id+ip，id1=?Id-ip（ip很小，疊加在?Id上才使VT1,3,5能反向流通ip）。輸出電壓ud的平均值Ud與各組三相半波整流平均值Ud1、Ud2相等，Ud=1.17U2cos

。電路圖

>0o時(shí)，ud仍按兩組三相半波電路波形ud1、ud2的算術(shù)平均值分析。當(dāng)

=90o時(shí)，輸出波形的正負(fù)面積相等，Ud=0（大L-R負(fù)載