相控整流电路9

1、电力电子技术（第二版） 3.8 整流变压器漏抗对整流电路的影响整流变压器漏抗对整流电路的影响 q不考虑交流侧的电感时，整流电路的换相不考虑交流侧的电感时，整流电路的换相是瞬间完成的。对于要关断的器件，其电是瞬间完成的。对于要关断的器件，其电流从流从Id突然降至突然降至0；对于要开通的器件，其；对于要开通的器件，其电流从电流从0瞬时上升至瞬时上升至Id。q考虑交流侧的电感时，使换相过程不能瞬考虑交流侧的电感时，使换相过程不能瞬时完成，在换相过程中会出现两条支路同时完成，在换相过程中会出现两条支路同时导通，即重叠的情况。时导通，即重叠的情况。 电力电子技术（第二版）3.8.1 换相期间的整流输出电

2、压换相期间的整流输出电压 图图 3.33 考虑变压器漏抗时三相半波可控整流电路的电流波形考虑变压器漏抗时三相半波可控整流电路的电流波形 q在换相时，电流从在换相时，电流从Id减小到减小到0和从和从0增大到增大到Id都需都需要一定时间，这个过程叫换相过程，换相过程持要一定时间，这个过程叫换相过程，换相过程持续的时间用电角度续的时间用电角度表示，称为换相重叠角。表示，称为换相重叠角。电力电子技术（第二版）3.8.2 换相压降换相压降Ud的计算的计算dBd23IXUdBd2IXmU换相压降换相压降与不考虑漏感时相比，与不考虑漏感时相比，u ud d平均值平均值 降低的多少降低的多少1. 三相半波可控

3、整流电路的换向压降：三相半波可控整流电路的换向压降：2. m相整流电路的换向压降：相整流电路的换向压降：3. XB的计算：的计算：%100%22BkuIUX电力电子技术（第二版）3.8.3 换相重叠角换相重叠角 的计算的计算mUXIsin2coscos2Bd 随其它参数变化的规律： （1） Id越大,则 越大； （2） 当 等于常数时，XB越大, 越大； （3） 当90 时， 越小 越大。 （4） 当XB Id一定时， 越大 越小。电力电子技术（第二版）单相单相全波全波单相全控单相全控桥桥三相三相半波半波三相全控三相全控桥桥m脉波脉波整流电路整流电路 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算各种

4、整流电路换相压降和换相重叠角的计算 注：单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用； 三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按 代入。dUdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX)cos(cos2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd23U23U小结：小结：电力电子技术（第二版）变压器漏感对整流电路影响的一些结论 （1） 出现换相重叠角出现换相重叠角 ，整流输出电压平均值，整流输出电压平均值Ud降降低。低。 （2） 整流电路的工作状态增多。整流电路的工作状态增多。 （3） 晶闸管的晶闸管的d

5、i/dt 减小，有利于晶闸管的安全开减小，有利于晶闸管的安全开通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 （4） 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。 （5） 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。电力电子技术（第二版）q作业：作业： 3.16 3.17电力电子技术（第二版）3.9 整流电路的谐波和功率因数 许多电力电子装置要消耗无功功率，会对公用电网带来不利影响：无功功率会导致电流增大和

6、视在功率增加，导致设备容量增加；无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加；使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。 电力电子技术（第二版）电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危害，包括：q谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流流过中性线会使线路过热甚至发生火灾；q谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述1和2两项的危害大大增加，甚至引起严重事故；q谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确；1.会对临近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使

7、通信系统无法正常工作。 3.9 整流电路的谐波和功率因数 电力电子技术（第二版）许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，或由权威机构制定限制谐波的规定。国家标准（GB/T14549-93）电能质量公用电网谐波从1994年3月1日起开始实施。3.9 整流电路的谐波和功率因数 电力电子技术（第二版）%1001IIHRInn%1001IITHDhi1. 谐波谐波满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数傅里叶级数基波(fundamental)在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量谐波(harmonic)频率为基波频率大于1整数倍的分量谐波次数谐波频率和基波频率的整数比n次谐波电流含有率以HRIn（Harmo

8、nic Ratio for In）表示电流谐波总畸变率THDi（Total Harmonic distortion）定义为Ih总谐波电流有效值3.9.1 整流电路的谐波分析电力电子技术（第二版）3.9.1 整流电路的谐波分析2 交流电源侧谐波电流分析交流电源侧谐波电流分析d32II 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路阻感负载，忽略换相过程和电流脉动，直流电感L为足够大。以 =30为例，交流侧电压和电流波形如图的ua和ia波形所示。此时，电流为正负半周各120的方波，其有效值与直流电流的关系为电力电子技术（第二版）ud1= 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactO

9、tOtOtOidiat1uaubuc变压器二次侧电流谐波分析： 3,2, 116asin132sin3213sin13111sin1117sin715sin51sin32kkmktmmItItttttIiddd3.9.1 整流电路的谐波分析电力电子技术（第二版）, 3 , 2 , 1, 16,66dd1kknInIIIn电流基波和各次谐波有效值分别为电流中仅含6k1(k为正整数)次谐波各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数3.9.1 整流电路的谐波分析电力电子技术（第二版）3 变流器直流侧电路的谐波分析变流器直流侧电路的谐波分析3.9.1 整流电路的谐波分析整流电

10、路的输出电压中主要成分为直流，同时包含各种频率的谐波，这些谐波对于负载的工作是不利的。udtOmm2mU221) =0 时，m脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐波分析将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在- /m /m区间，整流电压的表达式为：tuucos220d电力电子技术（第二版）mmUUsin22d0d021cos2Unkbn式中，k=1，2，3；且：对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出：tnnkUtnbUumknmknncos1cos21cos2d0d0d0udtOmm2mU223.9.1 整流电路的谐波分析电力电子技术（第二版）d0RUUu2d022RUUUUmknnmmUttUm

11、Umm22sin1)(d)cos2(2222u为了描述整流电压ud0中所含谐波的总体情况，定义电压纹波电压纹波因数因数 为ud0中谐波分量有效值UR与整流电压平均值Ud0之比：其中U为整流电压有效值udtOmm2mU223.9.1 整流电路的谐波分析电力电子技术（第二版）mmmmmmUUusinsin2sin42121222d0Rm23612 u（%）48.218.274.180.9940表3.2 不同脉波数m时的电压纹波因数值3.9.1 整流电路的谐波分析电力电子技术（第二版）)cos(ddnmknntndIiREUId0d22)(LnRbzbdnnnnRLnnarctan负载电流的傅里叶级

12、数可由整流电压的傅里叶级数求得：当负载为R、L和反电动势E串联时，上式中：n次谐波电流的幅值dn为：n次谐波电流的滞后角为：3.9.1 整流电路的谐波分析电力电子技术（第二版） =0 时整流电压、电流中的谐波有如下规律：时整流电压、电流中的谐波有如下规律：（1）m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk（k=1，2，3.） 次，即m的倍数次；整流电流的谐波由整流电压 的谐波决定，也为mk次；（2）当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减 小，表明最低次（m次）谐波是最主要的，其它 次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载 电流谐波幅值dn的减小更为迅速；（3） m增加时，最低次谐波次数增大，且幅

13、值迅速减 小，电压纹波因数迅速下降。3.9.1 整流电路的谐波分析电力电子技术（第二版）2L2Ucn030120 150 180600.10.20.390n=6n=12n=18/( )U2Lcn2 不为不为0 时的情况时的情况：m脉波整流电压谐波的一般表达式十分复杂，下面给出三相桥式整流电路的结果，说明谐波电压与 角的关系)cos(6nknntncUudd以n为参变量，n次谐波幅值（取标幺值）对 的关系如右图所示当 从0 90 变化时，ud的谐波幅值随 增大而增大 =90 时谐波幅值最大 从90 180之间电路工作于有源逆变工作状态，ud的谐波幅值随 增大而减小3.9.1 整流电路的谐波分析电

14、力电子技术（第二版）3.9.2 整流电路的功率因数 整流电路的整流电路的功率因数定义功率因数定义为为整流电路电整流电路电网侧有功功率网侧有功功率P与视在功率与视在功率S之比。之比。在正弦电路中，电路的在正弦电路中，电路的有功功率有功功率就是其平均就是其平均功率，即功率，即 式中，式中，U、I分别为电压和电流的有效值；分别为电压和电流的有效值； 为电流滞后于电压的相位角。为电流滞后于电压的相位角。 2 01 d( )cos2PuitUI无功功率无功功率定义为： Q=U I sin电力电子技术（第二版）视在功率视在功率为电压、电流有效值的乘积，即为电压、电流有效值的乘积，即 所以，正弦电路的功率因

15、数所以，正弦电路的功率因数有有 SUIcosPS3.9.2 整流电路的功率因数 正弦电路的功率因数是由电压和电流的相位差决定的电力电子技术（第二版）非正弦电路中的情况非正弦电路中的情况有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同公用电网中，通常电压的波形畸变很小，而电流波形的畸变可能很大。因此，不考虑电压畸变，研究电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波的情况有很大的实际意义。3.9.2 整流电路的功率因数 电力电子技术（第二版）设正弦波电压有效值为设正弦波电压有效值为 U，畸变电流有效值，畸变电流有效值为为 I，基波电流有效值及基波电流与电压的相基波电流有效值及基波电流与电压的相位差分别用位差分别用I1和和1表示，这时电路的有功功率表示，这时电路的有功功率为为功率因数为：功率因数为：11cosPUI11111coscoscosUIIPvSSI3.9.2 整流电路的功率因数 电力电子技术（第二版）基波因数基波因数n n=I1 / I，即基波电流有效值和总电流有效值之比位移因数位移因数（基波功率因数）cos111111coscoscosUIIPvSSI3.9.2 整流电路的功率因数 非正弦电路的功率因数是由基波电流相移因数和电流波形畸变系数决定的。电力电子技术（第二版）q对于三相桥