第3章整流电路2

1、第第3章章 整流电路整流电路 3.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 3.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路 3.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态 3.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 本章小结本章小结 2/1313.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 触发脉冲有足够的宽度，保证当触发脉冲有足够的宽度，保证当 t= 时刻有晶

2、时刻有晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于样，相当于触发角被推迟为触发角被推迟为 。 在在 角相同时，整流输出电压比电阻负载时角相同时，整流输出电压比电阻负载时电流断续电流断续 id波形在一周期内有部分时间为波形在一周期内有部分时间为0的情况，称为的情况，称为电流断续电流断续。 负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的电动机的机械特性机械特性将很软。将很软。3/131tOud0Eidtpq =p3.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路为了克服此缺点，一般在主电为了克服此缺点，

3、一般在主电 路中直流输出侧串联一个路中直流输出侧串联一个平波平波 电抗器电抗器。电感量足够大使电流连续，晶电感量足够大使电流连续，晶 闸管每次导通闸管每次导通180 ，这时整流，这时整流 电压电压ud的波形和负载电流的波形和负载电流id的的 波形与电感负载电流连续时的波形与电感负载电流连续时的 波形相同，波形相同，ud的计算公式亦一样。的计算公式亦一样。 为保证电流连续所需的为保证电流连续所需的电感量电感量L可由下式求出：可由下式求出：图图3-8 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波电抗器，带反电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况电流连续的临界情况 dmin23d

4、min21087. 222IUIULp(3-17)4/1313.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路例：单相桥式全控整流电路，例：单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中，负载中R=2，L值极大，反电势值极大，反电势E=60V，当，当 =30 时，要求：时，要求： 作出作出ud、id和和i2的波形；的波形； 求整流输出平均电压求整流输出平均电压Ud、电流、电流Id，变压器二次侧电流有效值，变压器二次侧电流有效值I2； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：解：ud、id和和i2的波形如图的波形如图3-9： u2OtOtO

5、tudidi2OtIdIdIdpp 图图3-9 ud、id和和i2的波形图的波形图5/1313.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 整流输出平均电压整流输出平均电压Ud、电流、电流Id，变压器二次侧电流有效值，变压器二次侧电流有效值I2分别为分别为 Ud0.9 U2 cos 0.9100cos3077.97(A) Id (UdE)/R(77.9760)/29(A) I2Id9(A) 晶闸管承受的最大反向电压为：晶闸管承受的最大反向电压为： U2100 141.4（V） 流过每个晶闸管的电流的有效值为：流过每个晶闸管的电流的有效值为： IVTId 6.36（A） 故晶闸管的额定电压

6、为：故晶闸管的额定电压为： UN(23)141.4283424（V） 晶闸管的额定电流为：晶闸管的额定电流为： IN(1.52)6.361.5768（A） 晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。2226/1313.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路a)tb)udi1OOt图图3-10 单相全波可控整流电路及波形单相全波可控整流电路及波形带电阻负载时带电阻负载时 电路分析电路分析 变压器变压器T带带中心抽头中心抽头。 在在u2正半周，正半周，VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。工作，变压器二次绕组

7、上半部分流过电流。 u2负半周，负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的 电流。电流。 变压器也变压器也不存在直流磁化不存在直流磁化的问题。的问题。 7/1313.1.3 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路单相全波与单相全控桥的区别单相全波与单相全控桥的区别 单相全波中单相全波中变压器变压器结构较复杂，材料的消耗多。结构较复杂，材料的消耗多。 单相全波只用单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少个晶闸管，比单相全控桥少2个，个，相应地，门极驱动电路也少相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承个；但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的受

8、的最大电压是单相全控桥的2倍。倍。 单相全波单相全波导电回路导电回路只含只含1个晶闸管，比单相桥个晶闸管，比单相桥少少1个，因而管压降也少个，因而管压降也少1个。个。从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在从上述后两点考虑，单相全波电路有利于在低输低输出电压出电压的场合应用。的场合应用。8/1313.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路图图3-11 单相桥式半控整流电路，有续流单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路及波形二极管，阻感负载时的电路及波形与全控电路在电阻负载时的工作情况与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。相同。带电感负载带电感负载 电路分析（先不考虑电路分

9、析（先不考虑VDR ） 每一个每一个导电回路导电回路由由1个晶闸管个晶闸管和和1个二极管个二极管构成。构成。 在在u2正半周，正半周， 处触发处触发VT1，u2经经VT1和和VD4向负载供电。向负载供电。 u2过零变负时，因电感作用使电流过零变负时，因电感作用使电流连续，连续，VT1继续导通，但因继续导通，但因a点电位低于点电位低于b点电位，电流是由点电位，电流是由VT1和和VD2续流续流 ，ud=0。 在在u2负半周，负半周， 处触发触发处触发触发VT3，向向VT1加反压使之关断，加反压使之关断，u2经经VT3和和VD2向负载供电。向负载供电。 u2过零变正时，过零变正时，VD4导通，导通，

10、VD2关关断。断。VT3和和VD4续流，续流，ud又为零又为零。 Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdtttttttppiVT1iVD4iVT2iVD3iVDRu9/1313.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路续流二极管续流二极管VDR 若无续流二极管，则当若无续流二极管，则当 突然增大至突然增大至180 或触或触发脉冲丢失发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使个二极管轮流导通的情况，这使ud成为成为正弦半波正弦半波，即半周期即半周期ud为正弦，另外半周期为正弦，另外半周期ud为零，其平均为零，其平

11、均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为的波形，称为失控失控。 有有续流二极管续流二极管VDR时，续流过程由时，续流过程由VDR完成，完成，避免了失控的现象。避免了失控的现象。 续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。个管压降，有利于降低损耗。 10/1313.1.4 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路的另一种接法单相桥式半控整流电路的另一种接法 相当于把图相当于把图3-5(a)中的中的VT3和和VT4换为二极管换为二极管VD3和和VD4，这样可

12、以省去续流二极管这样可以省去续流二极管VDR，续流由续流由VD3和和VD4来实现来实现。 这种接法的两个晶闸管这种接法的两个晶闸管阴极电位阴极电位不同，二者的触发电路不同，二者的触发电路需要需要隔离隔离。图图2-11 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路的另一接法的另一接法图图3-4 (a)单相全控桥式电路单相全控桥式电路11/1313.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 3.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路12/1313.2 三相可控整流电路三相可控整流电路引言引言其交流侧由其交流侧由三相电源三相电源供电。供电。 当

13、整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路。波时，应采用三相整流电路。最基本的是最基本的是三相半波三相半波可控整流电路可控整流电路。应用最为广泛的应用最为广泛的三相桥式三相桥式全控整流电路、以及全控整流电路、以及双反星形双反星形可控整流电路、可控整流电路、十二脉波十二脉波可控整流电路等。可控整流电路等。 13/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 b)c)d)e)f)u2Riduaubuc =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttt a)图图3-13 三相半波可控整流

14、电路共阴极接三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及法电阻负载时的电路及 =0 时的波形时的波形 电阻负载电阻负载 电路分析电路分析 为得到零线，变压器二次侧必须为得到零线，变压器二次侧必须接成接成星形星形，而一次侧接成，而一次侧接成三角形三角形，避，避免免3次谐波次谐波流入电网。流入电网。 三个晶闸管按三个晶闸管按共阴极接法共阴极接法连接连接,这种接法触发电路有公共端，连线方这种接法触发电路有公共端，连线方便。便。 假设将晶闸管换作二极管，三个假设将晶闸管换作二极管，三个二极管对应的相电压中哪一个的值最二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并大，则该相所对应的

15、二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的出整流电压即为该相的相电压相电压。 自然换相点自然换相点 在相电压的交点在相电压的交点 t1、 t2、 t3处，处，均出现了二极管换相，称这些交点为均出现了二极管换相，称这些交点为自然换相点自然换相点。 将其作为将其作为 的起点的起点，即，即 =0。14/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 =30u2uaubucOtOtOtOtOtuGuduabuact1iVT1uVT1uac =0 (波形见上页波形见上页) 三个晶闸管轮流导通三个晶闸管轮流导通120 ，ud波形为三个相电

16、波形为三个相电压在正半周期的压在正半周期的包络线包络线。 变压器二次绕组电流有变压器二次绕组电流有直流分量直流分量。 晶闸管电压由一段晶闸管电压由一段管压管压降降和两段和两段线电压线电压组成，随组成，随着着 增大，晶闸管承受的电增大，晶闸管承受的电压中正的部分逐渐增多。压中正的部分逐渐增多。 =30 负载电流处于负载电流处于连续和断连续和断续的临界状态续的临界状态，各相仍导，各相仍导电电120 。 图图3-14 三相半波可控整流电路，三相半波可控整流电路，电阻负载，电阻负载， =30 时的波形时的波形15/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路tttt =60u2uaubu

17、cOOOOuGudiVT1图图3-15 三相半波可控整流电路，电阻负载，三相半波可控整流电路，电阻负载， =60 时的波形时的波形 30 当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，但下一相晶闸管因未触发而不导通，此时输出电压电流为零。触发而不导通，此时输出电压电流为零。 负载电流负载电流断续断续，各晶闸管导通角，各晶闸管导通角小于小于120 。 16/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路基本数量关系基本数量关系当当 继续增大，整流电压越来越小，继续增大，整流电压越来越小，电阻负载时电阻负载时 角的角的移移

18、相范围相范围为为150 。 整流电压平均值整流电压平均值 30 时，负载电流时，负载电流连续连续，有，有 当当 =0时，时，Ud最大，为最大，为Ud=Ud0=1.17U2。 30 时，负载电流时，负载电流断续断续，晶闸管导通角减小，此时，晶闸管导通角减小，此时有有 ppppcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262ppppppUttdUUd(3-18)(3-19)17/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2随随 变化的规律变化的规律 03060901201500.40

19、.81.21.17321/( )Ud/U2图图3-16 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2与与 的关系的关系电阻电阻负载负载电感电感负载负载电阻电电阻电感负载感负载18/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路负载电流平均值为负载电流平均值为晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值,即即 晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压的峰值，即的峰值，即 RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM(3-20)(3-21)(3-22)19/1313

20、.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路阻感负载阻感负载 电路分析电路分析 L值很大，整流电流值很大，整流电流id的的波形基本是平直的，流过晶波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近闸管的电流接近矩形波矩形波。 30 时，整流电压波形时，整流电压波形与电阻负载时相同。与电阻负载时相同。 30 时，当时，当u2过零时，过零时，由于电感的存在，阻止电流由于电感的存在，阻止电流下降，因而下降，因而VT1继续导通，继续导通，直到下一相晶闸管直到下一相晶闸管VT2的触的触发脉冲到来，才发生换流，发脉冲到来，才发生换流，由由VT2导通向负载供电，同导通向负载供电，同时向时向VT1施加反压使其关断。

21、施加反压使其关断。 uuuudiaabcibiciduacOtOtOOtOOtttu图图3-17 三相半波可控整流电路，阻三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及感负载时的电路及 =60 时的波形时的波形20/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路基本数量关系基本数量关系 的的移相范围移相范围为为90 。 整流电压平均值整流电压平均值 Ud/U2与与 的关系的关系 L很大，如曲线很大，如曲线2所示。所示。 L不是很大，则当不是很大，则当 30 后，后，ud中负的部分中负的部分可能减少，整流电压平可能减少，整流电压平均值均值Ud略为增加，如曲略为增加，如曲线线3 所示。所示。

22、cos17.12dUU03060901201500.40.81.21.17321/( )Ud/U2图图3-16 三相半波可控整三相半波可控整流电路流电路Ud/U2与与 的关系的关系21/1313.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路 变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为 晶闸管的额定电流为晶闸管的额定电流为 晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值，即值，即 三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有流中含有直流分量直流分量，为此其

23、应用较少。，为此其应用较少。ddTIIII577. 0312ddAVTIII368. 057. 1)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)22/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路要点：要点： 三相桥式是两个三相半三相桥式是两个三相半波电路的串联。波电路的串联。如果两组负载完全相同且触发角一样，则流过两个负载的电流完全相等，电路零线无电流通过。将零线去掉，并不影响电路的工作。就成为三相桥式全控整流电路。图图3-18 三相桥式全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路原理图23/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路原理图原理图 阴

24、极连接在一起的阴极连接在一起的3个个晶闸管（晶闸管（VT1，VT3，VT5）称为称为共阴极组共阴极组；阳极连接在；阳极连接在一起的一起的3个晶闸管（个晶闸管（VT4，VT6，VT2）称为）称为共阳极组共阳极组。 共阴极组中与共阴极组中与a，b，c三相电源相接的三相电源相接的3个晶闸管个晶闸管分别为分别为VT1，VT3，VT5，共，共阳极组中与阳极组中与a，b，c三相电三相电源相接的源相接的3个晶闸管分别为个晶闸管分别为VT4，VT6，VT2。 晶闸管的导通顺序为晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 图图3-18 三相桥式全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路原理图

25、24/13125/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带电阻负载时的工作情况带电阻负载时的工作情况 电路分析电路分析 各自然换相点既是各自然换相点既是相电压相电压的交点，同时也是的交点，同时也是线电压线电压的交点。的交点。 当当 60 时时 ud波形均波形均连续连续，对于电阻负载，对于电阻负载，id波形与波形与ud波形的形状是一样波形的形状是一样的，也的，也连续连续。 =0 时，时，ud为线电压在正半周的为线电压在正半周的包络线包络线。波形见。波形见图图3-19 时段时段共阴极组中导通的晶闸管共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管

26、共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表表3-1 三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻负载 =0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况26/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路 =30 时，晶闸管起始导通时刻推迟了时，晶闸管起始导通时刻推迟了30 ，组成，组成ud的每的每一段线电压因此推迟一段线电压因此推迟30 ，ud平均值降低，波形见平均值降低，波形见图图3-20。 =60 时，时，ud波形中每段线电压的

27、波形继续向后移，波形中每段线电压的波形继续向后移，ud平平均值继续降低。均值继续降低。 =60 时时ud出现了出现了为零的点为零的点，波形见，波形见图图3-21。当当 60 时时 因为因为id与与ud一致，一旦一致，一旦ud降为至零，降为至零，id也降至零，晶闸管也降至零，晶闸管关断，输出整流电压关断，输出整流电压ud为零为零，ud波形不能出现负值。波形不能出现负值。 =90 时的波形见时的波形见图图3-22。 27/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路的一些特点三相桥式全控整流电路的一些特点 每个时刻均需每个时刻均需2个个晶闸管同时导通，形成向负载供

28、电的晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的回路，共阴极组的和共阳极组的各各1个个，且不能为同一相，且不能为同一相的晶闸管。的晶闸管。 对触发脉冲的要求对触发脉冲的要求 6个晶闸管的脉冲按个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，的顺序，相位依次差相位依次差60 。 共阴极组共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差的脉冲依次差120 ，共阳极，共阳极组组VT4、VT6、VT2也依次差也依次差120 。 同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即VT1与与VT4，VT3与与VT6，VT5与与VT2，脉冲相差，脉冲相差180 。28/1313

29、.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路整流输出电压整流输出电压ud一周期一周期脉动脉动6次次，每次脉动的波形都一样，每次脉动的波形都一样，故该电路为故该电路为6脉波整流电路脉波整流电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲个晶闸管均有脉冲 宽脉冲宽脉冲触发触发 ：使脉冲宽度大于：使脉冲宽度大于60 （一般取（一般取80 100 ） 双脉冲双脉冲触发触发 ：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的：用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差前沿相差60

30、，脉宽一般为，脉宽一般为20 30 。 常用的是双脉冲触发。常用的是双脉冲触发。 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也一样。最大正、反向电压的关系也一样。29/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路阻感负载时的工作情况阻感负载时的工作情况 电路分析电路分析 当当 60 时时 ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。闸管承受

31、的电压波形等都一样。 区别在于区别在于电流电流，当电感足够大的时候，当电感足够大的时候，id、iVT、ia的的波形在导通段都可近似为一条水平线。波形在导通段都可近似为一条水平线。 =0 时的波形见时的波形见图图3-23， =30 时的波形见时的波形见图图3-24。 当当 60 时时 由于电感由于电感L的作用，的作用，ud波形会出现波形会出现负的部分负的部分。 =90 时的波形见时的波形见图图3-25。 30/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路基本数量关系基本数量关系 带电阻负载时三相桥式全控整流电路带电阻负载时三相桥式全控整流电路 角的移相范围是角的移相范围是120 ，

32、带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的 角移相角移相范围为范围为90 。 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 带阻感负载时，或带电阻负载带阻感负载时，或带电阻负载 60 时时 带电阻负载且带电阻负载且 60 时时 pppcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232ppppUttdUUd(3-26)(3-27)31/1313.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路输出电流平均值为输出电流平均值为Id=Ud/R。当整流变压器为图当整流变压器为图3-17中所示采用中所示采用星形接法星形接法，带阻感负

33、，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图载时，变压器二次侧电流波形如图3-23中所示，为正负中所示，为正负半周各宽半周各宽120 、前沿相差、前沿相差180 的矩形波，其有效值为：的矩形波，其有效值为： 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。三相桥式全控整流电路接三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载反电势阻感负载时的时的Id为：为： 式中式中R和和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。分别为负载中的电阻值和反电动势的值。 2221222()0.8162333ddddIIIIIppp REUIdd(3-28)(3-29)32/1313.3 变

34、压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感变压器漏感 实际上变压器绕组总有实际上变压器绕组总有漏感漏感，该漏感可用一个，该漏感可用一个集中的电感集中的电感LB表示，并将其折算到表示，并将其折算到变压器二次侧变压器二次侧。 由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此不能突变，因此换相换相过程不能瞬间完成，而是会过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间持续一段时间。 现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广 假设负载中电感很大，假设负载中电感很大，负载电流为水平线负载电流为水平线。 33/13

35、13.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响udidtOtOgiciaibiciaIduaubuc分析从分析从VT1换相至换相至VT2的过程的过程 在在 t1时刻之前时刻之前VT1导通，导通， t1时刻触发时刻触发VT2，因，因a、b两相两相均有漏感，故均有漏感，故ia、ib均不能突变，均不能突变，于是于是VT1和和VT2同时导通，相当同时导通，相当于将于将a、b两相短路两相短路，两相间电，两相间电压差为压差为ub-ua，它在两相组成的，它在两相组成的回路中产生回路中产生环流环流ik如图所示。如图所示。 ik=ib是逐渐增大的，而是逐渐增大的，而 ia=Id-ik是逐渐减小的

36、。是逐渐减小的。 当当ik增大到等于增大到等于Id时，时，ia=0，VT1关断，换流过程结束。关断，换流过程结束。 换相过程持续的时间用电换相过程持续的时间用电角度角度g g表示，称为表示，称为换相重叠角换相重叠角。 t1时刻时刻 图图3-26 考虑变压器漏感时的三考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形相半波可控整流电路及波形 34/1313.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响基本数量关系基本数量关系 换相过程中，整流输出电压瞬时值为换相过程中，整流输出电压瞬时值为 换相压降：与不考虑变压器漏感时相比，换相压降：与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降平均值降低的多少

37、，即低的多少，即 2ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL iX Itpp g gppp gpppppp (3-30)(3-31)35/1313.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响换相重叠角换相重叠角g g 由式（由式（3-30）得出：）得出： 由上式得：由上式得： 进而得出：进而得出： 当当 时，时， ，于是，于是 B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutikp2Bd65sin ()d26kiUttXp

38、2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXpppgtdIik)cos(cos26B2dgXUI2dB62)cos(cosUIXg(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)36/1313.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 g g随其它参数变化的规律：随其它参数变化的规律： Id越大则越大则g g越大；越大； XB越大越大g g越大；越大； 当当 90 时，时， 越小越小g g越大。越大。其它整流电路的分析结果其它整流电路的分析结果 电路形式电路形式单相全波单相全波单相全控桥单相全控桥三相半波三相半波三相全控桥三相全控

39、桥m脉波整流电路脉波整流电路 dU)cos(cosgdBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd注：单相全控桥电路中，注：单相全控桥电路中，XB在一周期的两次换相中都起作用，等效为在一周期的两次换相中都起作用，等效为m=4； 三相桥等效为相电压等于三相桥等效为相电压等于 的的6脉波整流电路，故其脉波整流电路，故其m=6，相电压按，相电压按 代入。代入。23U23U表表3-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算 37/1313.3 变压器漏感对整流电路

40、的影响变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路影响的一些结论变压器漏感对整流电路影响的一些结论: 出现换相重叠角出现换相重叠角g g，整流输出电压平均值，整流输出电压平均值Ud降低。降低。 整流电路的工作状态增多。整流电路的工作状态增多。 晶闸管的晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通，有时人为串入进减小，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线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 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，可能使晶闸管误导 通，为此必须加通，为此必须加吸收电路吸收电路。 换相使电网电压出现

41、缺口，成为换相使电网电压出现缺口，成为干扰源干扰源。38/1313.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，例：三相桥式不可控整流电路，阻感负载，R=5，L=，U2=220V，XB=0.3，求求Ud、Id、IVD、I2和和g g的值并作出的值并作出ud、iVD和和i2的波形。的波形。解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路解：三相桥式不可控整流电路相当于三相桥式可控整流电路 0时的情况。时的情况。 Ud3.34U2cos Ud Ud3XBIdp p IdUdR 解方程组得：解方程组得： Ud3.34U2cos （13XB/p p

42、R）486.9（V） Id97.38（A） 又又 =2 U2 即得出即得出 =0.892 换流重叠角换流重叠角g g26.93 二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为二极管电流和变压器二次测电流的有效值分别为 IVDId397.38333.46（A） I2a Id79.51（A） ud、iVD1和和i2a的波形如的波形如图图3-27所示。所示。cos)cos(gBdXI6gcos3239/1313.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路 3.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路电容滤波的三相不可控整流电路

43、40/1313.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路引言引言交交直直交变频器、不间断电源、开关电交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合大都采用源等应用场合大都采用不可控整流电路不可控整流电路。最常用的是最常用的是单相桥式单相桥式和和三相桥式三相桥式两种接法。两种接法。 由于电路中的电力电子器件采用由于电路中的电力电子器件采用整流二极整流二极管管，故也称这类电路为，故也称这类电路为二极管整流电路二极管整流电路。41/1313.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路工作原理及波形分析工作原理及波形分析 基本工作过程基本工作过程 在在u2正半周过零点至正半

44、周过零点至 t=0期间，因期间，因u2 和和 RC 分别是电流分别是电流id断续和连续的条件。断续和连续的条件。 通常只有通常只有R是可变的，它的大小反映了是可变的，它的大小反映了负载的轻重负载的轻重，因此在，因此在轻载轻载时直流侧时直流侧获得的充电电流是获得的充电电流是断续断续的，的，重载重载时是时是连续连续的。的。 32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dppppqeUtU333a)b)ttttaidaidOOOO图图3-33电容滤波的三相电容滤波的三相桥式整流电路当桥式整流电路当 RC等于等于和小于时和小于时 的电流波形的电流波形a）

45、 RC= b） RC333(3-50)49/1313.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路电容滤波的三相不可控整流电路b)c)iaiaOO t t考虑电感考虑电感 实际电路中存在实际电路中存在交流侧电感交流侧电感以及为以及为抑制冲击电流抑制冲击电流而串联的而串联的电感电感。 有电感时，电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工作。有电感时，电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工作。 随着随着负载的加重负载的加重，电流波形与电阻负载时的交流侧电流波形逐渐，电流波形与电阻负载时的交流侧电流波形逐渐接近。接近。 图图3-34 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形考虑电感时电容滤波的三

46、相桥式整流电路及其波形a）电路原理图）电路原理图 b）轻载时的交流侧电流波形）轻载时的交流侧电流波形 c）重载时的交流侧电流波形）重载时的交流侧电流波形50/131主要数量关系主要数量关系 输出电压平均值输出电压平均值 Ud在（在（2.34U2 2.45U2）之间变化。）之间变化。 电流平均值电流平均值 输出电流平均值输出电流平均值IR为：为： IR=Ud/R 电容电流电容电流iC平均值为零平均值为零，因此：，因此： Id=IR 二极管电流平均值为二极管电流平均值为Id的的1/3，即，即 ID=Id/3=IR/3 二极管承受的电压二极管承受的电压 为为线电压线电压的峰值，为的峰值，为 。3.4

47、.2 电容滤波的三相不可控整流电路电容滤波的三相不可控整流电路(3-51)(3-52)(3-53)26U51/1313.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数3.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础3.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐带阻感负载时可控整流电路交流侧谐 波和功率因数分析波和功率因数分析3.5.3 电容滤波的不可控整流电路交流侧谐电容滤波的不可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析波和功率因数分析3.5.4 整流输出电压和电流的谐波分析整流输出电压和电流的谐波分析 52/1313.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数引言引言随着电力

48、电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的的谐波谐波(harmonics)和和无功无功(reactive power)问题日益严重，问题日益严重，引起了关注。引起了关注。无功的危害无功的危害 导致设备容量增加。导致设备容量增加。 使设备和线路的损耗增加。使设备和线路的损耗增加。 线路压降增大，冲击性负载使电压剧烈波动。线路压降增大，冲击性负载使电压剧烈波动。谐波的危害谐波的危害 降低发电、输电及用电设备的效率。降低发电、输电及用电设备的效率。 影响用电设备的正常工作。影响用电设备的正常工作。 引起电网局部的谐振，使谐波放大，加剧危害。引起电网局部

49、的谐振，使谐波放大，加剧危害。 导致继电保护和自动装置的误动作。导致继电保护和自动装置的误动作。 对通信系统造成干扰。对通信系统造成干扰。 53/131谐波谐波 正弦波正弦波电压可表示为电压可表示为 式中式中U为电压有效值；为电压有效值； u为初相角；为初相角； 为角频率，为角频率， =2p pf=2p p/T；f为频率；为频率； T为周期。为周期。 非正弦非正弦电压电压u( t)分解为如下形式的傅里叶级数分解为如下形式的傅里叶级数 3.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础)sin(2)(utUtuutaan tbn tnnn()(cossin)01式中式中pp200)(d)(

50、21ttuapp20)(dcos)(1ttntuanpp20)(dsin)(1ttntubnn=1, 2, 3(3-54)(3-55)54/1313.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础或或utacntnnn()sin()01式中，式中，cn、 n和和an、bn的关系为的关系为cabnnn22nnnarctg ab(/)acnnnsinbcnnncos基波（基波（fundamental）：频率与工频相同的分量。：频率与工频相同的分量。 谐波谐波：频率为基波频率大于：频率为基波频率大于1整数倍的分量。整数倍的分量。 谐波次数谐波次数：谐波频率和基波频率的整数比。：谐波频率和基波频

51、率的整数比。 n次谐波电流含有率以次谐波电流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示）表示 HRIIInn1100(%)电流谐波总畸变率电流谐波总畸变率THDi（Total Harmonic distortion）分别定义为（）分别定义为（Ih为总为总谐波电流有效值）谐波电流有效值） (%)1001IITHDhi(3-56)(3-57)(3-58)55/1313.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础功率因数功率因数 正弦电路正弦电路 有功功率就是其平均功率：有功功率就是其平均功率： pp20cos)(21IUtiduP式中式中U、I分别为电压和电流的有

52、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差。为电流滞后于电压的相位差。视在功率为：视在功率为： S=UI 无功功率为：无功功率为： Q=UIsin 功率因数为：功率因数为： SP无功功率无功功率Q与有功功率与有功功率P、视在功率、视在功率S之间的关系：之间的关系： 222QPS在正弦电路中，功率因数是由电压和电流的相位差在正弦电路中，功率因数是由电压和电流的相位差 决定的，其值为：决定的，其值为： =cos (3-59)(3-60)(3-61)(3-62)(3-63)(3-64)56/13122PSQ3.5.1 谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础11cosIUP 非正

53、弦电路非正弦电路 有功功率为有功功率为功率因数为：功率因数为：式中式中I1为基波电流有效值，为基波电流有效值， 1为基波电流与电压的相位差。为基波电流与电压的相位差。11111coscoscosIIUIUISP式中，式中， =I1/I，即基波电流有效值和总电流有效值之比，称为，即基波电流有效值和总电流有效值之比，称为基波因数基波因数，而而cos 1称为称为位移因数位移因数或或基波功率因数基波功率因数。 无功功率无功功率 定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。 一般简单定义为（反映了能量的流动和交换）：一般简单定义为（反映了能量的流动和交换）： 仿照式（仿照式（2-61）定义为：）定义为： 畸变功率畸变功率D为：为：22222nnfIUQPSD(3-65)(3-66)(3-67)(3-68)(3-71)11sinIQUf57/1313.5.2 带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 电流波形如图电流波形如图3-6所示，将电流波形分解为傅里叶级数，可得所示，将电流波形分解为傅里叶级数，可得 ,5, 3, 1,5, 3, 12sin2sin14)5sin513sin31(sin4nnnddt