整流与有源逆变课件7

电力电子技术

PowerElectronicTechnology2.4电容滤波的不可控整流电路

2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1.工作原理及波形分析2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路详细分析

将时间坐标原点取在u2正半周内，VD1和VD4导通的起始时刻。设VD1和VD4导通的时刻与u2过零点相距δ角，则:

在VD1和VD4导通期间，以下方程成立:

2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路详细分析时，id=0电容放电时，电容放电期间：2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路详细分析电容放电放电期间：放电结束时：放电结束时ud=u22.4.1电容滤波的单相不可控整流电路根据以上两式求得的δ和θ角随ωRC变化的曲线。

2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路二极管VD1和VD4关断的时刻，即ωt达到θ的时刻，还可用另一种方法确定：

VD1和VD4的关断时刻，从物理意义上讲，就是两个电压下降速度相等的时刻。2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路2、主要的数量关系

1）输出电压平均值一个正弦周期内ud是五个点的连接曲线，并且半个周期对称。分两段：一段电源电压，一段指数衰减电压，则整流输电压平均值为：2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路空载重载，R很小实际应用时，输出电压，2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路2）电流平均值

输出电流平均值IR为：

IR=Ud/R

Id=IR二极管电流iVD平均值为：

IVD=Id/2=IR/23）二极管承受的电压:2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路感容滤波的二极管整流电路实际应为此情况，但分析复杂ud波形更平直，电流i2的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的a）b）更平直更接近正弦波2.4.2电容滤波的三相不可控整流电路1.基本原理2.4.2电容滤波的三相不可控整流电路这两段导通过程间的交替有两种情况：一种是1、2管导通前6、1管已关断，此时充电电流id是断续的。另一种是1管一直导通，交替时由6管换相至2管，此时id连续。临界状态：连续状态：断续状态：2.4.2电容滤波的三相不可控整流电路2.4.2电容滤波的三相不可控整流电路

考虑实际电路中存在的交流电源侧电感以及直流侧外串的滤波电感2.4.2电容滤波的三相不可控整流电路2.主要数量关系

1）输出电压平均值

Ud在（2.34U2-2.45U2）之间变化

2）电流平均值输出电流平均值IR为：

IR=Ud/R

与单相电路情况一样，电容电流iC平均值为零，因此：

Id=IR

二极管电流平均值为Id的1/3，即：

IVD=Id/3=IR/33）二极管承受的电压二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值。

2.5整流电路谐波和功率因数2.5整流电路谐波和功率因数2.5.1谐波和功率因数分析基础直流分量n=1为基波分量，n>1为谐波成分1、谐波周期为T的非正弦周期信号，只要满足狄里赫利条件（DirichletConditions），便可傅里叶分解或2.5.1谐波和功率因数分析基础n次谐波电流含有率（HRIn）电流谐波畸变率（THD）总谐波电流的有效值1、谐波2.5.1谐波和功率因数分析基础2、功率因数正弦电路时：非正弦电路时（一般认为电压不含谐波）：基波功率因数基波因数2.5.1谐波和功率因数分析基础对非正弦电路，无功功率也可定义为：但此时，谐波电流产生的无功功率此时，总无功功率：上次课内容回顾上次课内容回顾上次课内容回顾n次谐波电流含有率（HRIn）电流谐波畸变率（THD）2.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析1、单相桥式全控整流电路2.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析n=1,3,5,…1、单相桥式全控整流电路仅含有奇数次谐波谐波幅值与其次数成反比2.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析n=1,3,5,…1、单相桥式全控整流电路基波电流：对方波电流均方根计算可得：基波因数：功率因数：基波电流与电压的相位差角就是控制角功率因数：2.三相桥式全控整流电路

2.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析2.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析2.三相桥式全控整流电路

电流有效值：傅里叶分解：基波电流：谐波电流：2.三相桥式全控整流电路

2.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析基波电流：谐波电流：结论：电流中仅含有次谐波，且谐波幅值与其次数成反比，与基波有效值的比值，恰为谐波次数的倒数基波因数：基波电流与电压的相位差同样为α：功率因数：2.5.3电容滤波的不可控整流电路

交流侧谐波和功率因数分析书中给出了一些结论2.5.4整流输出电压和电流的谐波分析整流电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按这种坐标取法，在-π/m~π/m，电压可表示为：对此电压进行傅里叶级数分解：定义描述整流电压所含谐波的整体情况，定义纹波因数：谐波分量有效值整流电压的平均值α=0特殊情况2.5.4整流输出电压和电流的谐波分析整流电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2.5.4整流输出电压和电流的谐波分析m23612∞gu（%）48.218.274.180.9940根据各次谐波电压可计算出相应的谐波电流整流脉波次数越多，整流电压的纹波因数越小2.5.4整流输出电压和电流的谐波分析

=0这一特殊情况，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，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速下降。2.5.4整流输出电压和电流的谐波分析

不为0时的情况：m波整流电压谐波的一般表达式十分复杂。图中给出了三相桥式整流电路的结果，说明谐波电压与

角的关系2.6大功率可控整流电路2.6大功率可控整流电路适用于大功率负载的整流电路形式：一种是带平衡电感器LP的双反星形可控整流电路，适用于低电压、大电流场合；另一种是多重化整流电路，其在采用相同器件时可获得更大功率，输入功率因数高。2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路改善了网侧电流，但增加了器件数目同一导电回路包含两个管压降2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路消除了直流磁化问题2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路双反星形可控整流电路某一时刻只有一个晶闸管导通，仍然难以适应大电流的应用场合设法使两个晶闸管同时导通，共同承担负载电流既消除了直流磁化问题，又导电回路只包含一只晶闸管2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路消除了所传电抗器的直流磁化问题2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路平衡电抗器的作用：双反星形电路与六相半波电路的区别就在于有无平衡电抗器，对平衡电抗器作用的理解是掌握双反星形电路原理的关键两个直流电源并联时，只有当电压平均值和瞬时值均相等时，才能使负载均流双反星形电路中，两组整流电压平均值相等，但是其脉动波相差60o

，所以瞬时值不可能任何时刻都相等2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路注意：LP受感应电势作用会产生激磁电流ip，也称为环流或平衡电流考虑ip后，每组三相半波承担的电流分别为Id/2±ip。环流过大时，会出现只有一路绕组供电的情况。为了使两组电流尽可能平均分配，一般使Lp值足够大，以便限制环流在负载额定电流的1%～2%以内2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路将图2-36中ud1和ud2的波形用傅氏级数展开，可得当

=0时的ud1、ud2，即（2-99）（2-100）2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路

需要分析各种控制角时的输出波形时，可先求出两组三相半波电路的ud1和ud2波形，然后做出波形(ud1+ud2)/2α=30o2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路α=90o2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路整流电压平均值与三相半波整流电路的相等，为:

Ud=1.17U2cos

将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论：（1）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器（2）当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2

（3）两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，ud和id的波形形状一样2.6.2多重化整流电路整流装置功率进一步加大时，所产生的谐波、无功功率等对电网的干扰也随之加大。在一个电源周期中整流输出电压脉波数m越多，则输出电压中的谐波阶次越高，谐波幅值越小，整流特性越好，交流电流中的谐波频率越高，谐波电流数值越小。为减轻干扰，可采用12脉波甚至24脉波以上的多重化整流电路移相多重联结和多重联结的顺序控制2.6.2多重化整流电路1.移相多重联结有并联多重联结和串联多重联结，对于交流输入电流来说，二者效果相同2.6.2多重化整流电路1.移相多重联结有并联多重联结和串联多重联结，对于交流输入电流来说，二者效果相同2个三相桥并联而成的12脉波整流电路。使用了平衡电抗器来平衡2组整流器的电流，其原理与双反星形电路中是一样的。1.移相多重联结不仅可减少输入电流谐波，也可减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。以下着重讨论串联电路情况2.6.2多重化整流电路2.6.2多重化整流电路串联多重化电路2.6.2多重化整流电路2.6.2多重化整流电路利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20，可将三组桥构成串联3重联结：整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用曲折接法整流电压ud在每个电源周期内脉动18次，故此电路为18脉波整流电路交流侧输入电流谐波更少，为18k±1次（k=1,2,3…），ud的脉动也更小输入位移因数和功率因数分别为：cos1=cosα=0.9949cosα2.6.2多重化整流电路将整流变压器的二次绕组移相15，可构成串联4重联结电路为24脉波整流电路其交流侧输入电流谐波次为24k±1，k=1，2，3…。输入位移因数功率因数分别为：cos1=cos