电力电子技术6.ppt

1、第5章 其它整流电路及谐波与功率因数问题 5.1 电容滤波的不可控整流电路 基本原理：当交流侧线电压高于电容电压时，才有一对二极管导通，输出直流电压等于交流侧线电压中最高的一个波峰。该线电压既向电容充电，也向负载供电。当线压低于电容电压时，没有二极管导通，电容向负载指数放电。,uab、uac分别比ua超前和滞后30o。 id脉冲连续的临界条件： 轻载时（ ），id断续。 重载时（ ），电流id连续性好。=RC小，C放电快，ud下降多，uabud时间长，脉冲展宽。 输出电压平均值： 串入直流电抗器：电流脉冲平缓，电流谐波含量减小。在Ld很大时ia近正负对称120o方波。 二极管最大反压 （线压峰

2、值）,随着电力技术的飞速发展，各种电力电子装置的应用日益广泛，由此给电力系统带来了日益严重的谐波(harmonics)和无功(reactive)问题，引起了越来越广泛的关注。 许多电力电子装置消耗无功功率，会对电网带来不利影响： 导致电流增大，视在功率增加，使电网容量不能充分利用； 使设备和线路损耗增加； 使线路压降增大，冲击性无功功率还会使电压剧烈波动。,5.2 整流电路的谐波和功率因数,PE装置会产生谐波污染，对公用电网产生公害： 谐波使电力设备产生附加损耗，降低效率，大量的三次谐波流过中性线会使线路过热，甚至产生火灾。 使电气设备发生机械振动、噪声和过热。 引起电网局部发生串、并联谐振，

3、使谐波能量放大，可能会导致严重事故。 导致自动装置误动，或测量仪表不准。 对邻近通信设备产生干扰。,5.2.1 谐波与功率因数的关系 电网施加给负载的电压为正弦，但负载从电网索取的电流是否亦为正弦，则决定于负载是线性还是非线性。 线性负载：如R，L，C等，电流为同频正弦波。 非线性负载：如电力半导体设备，尤其是常用的SCR整流，电流变为非正弦。 基波(fundamental)与谐波：非正弦电流展为傅氏级数，频率仍与工频相同的分量称为基波；频率为基波频率整数倍的分量称为谐波。,电流谐波总畸变率： （Total Harmonic Distortion) Ih总谐波电流的有效值 I1基波电流有效值

4、通常公用电网中的电压波形畸变很小，而电流波形畸变可能很大，故在分析中，将电压视为正弦，电流为非正弦，具有实际意义。 有功功率 P=UI1cos1， 1为电压U与基波电流I1之间的相位差角。,功率因数： I电流的总有效值， =I1/I 称畸变因数（或基波因数） cos1称位移因数(displacement factor)（或基波功率因数）。 可见功率因数由基波电流相移和电流波形的畸变程度两个因素决定。 5.2.2 整流电路交流侧的谐波与功率因数 1. 单相全控桥整流,大L-R（E）负载时，变压器副边电流i2为近似1800正负对称方波。基波与各次谐波电流有效值为 求畸变因数：i2总有效值 I=Id

5、， 求位移因数：电流基波与电压u2的相位差角等于控制角， cos1 =cos 功率因数：,2. 三相全控桥整流 L很大时，id近恒流Id，ia比ua滞后角为300+，1200正负对称方波，总有效值 基波与谐波有效值： n=5,7,11,13不含3的整倍数次谐波也不含偶次谐波。 求功率因数: 畸变因数:,位移因数: 功率因数: pf与密切相关。 相控整流的缺点： pf,3. 电容滤波的不可控整流 带电容滤波的不可控整流电路，通常在DC侧串有滤波电感（感容负载），抑制电流尖峰，延续二极管的导通角。变压器副边电流ia,b,c波形若展为傅氏级数十分复杂，只作定性分析。 三相桥式不可控整流交流侧电流谐波

6、的特点： 谐波次数为6k1次(k=1,2,3)，不含3的整倍次和偶次谐波。 谐波次数越高，其幅值越小。 谐波和基波的幅值大小与负载轻重有关：负载越轻（RC大）则谐波越大（ia变尖锐），基波越小；滤波电感越大，则谐波越小，而基波越大。因而，串入大电抗可大大降低谐波污染。,功率因数的特点： 位移因数稍有滞后（ ia的基波ia1稍后偏，但很小） 比单相时，更接近于1（ 10）。 负载加重（RC ），则总pf；随L pf（ ia脉冲展宽，谐波减小）。比如变频器不外接DC电抗器时， pf为0.65左右，加入大电抗可使pf提高到0.95。,5.2.3 整流输出电压和电流的谐波 研究整流器交流侧输入电流的谐

7、波问题，目的在于减小谐波对电网的污染和提高功率因数。而研究整流器输出的谐波问题，目的在于减小直流侧对负载的谐波影响，提高供电质量。 各种整流电路角不同，Ud及各次谐波大小也不同。傅氏级数很复杂，主要讲以下几点： 1. 电压脉动系数（纹波系数）： 对m脉波整流而言，UR为mk次谐波总有效值（k=1,2,3.）。,2. m一定时（比如三相全桥m=6），m次谐波是主要的，次数越高，幅值越小，频率为50Hzmk。 3. m增大时，最低次谐波频率升高，幅值减少，u也减小。大L负载时，电流谐波减小更快。 谐波电压与a角的关系（以三相桥式整流电路为例） 三相桥式整流电路的整流电压分解为傅里叶级数，可求得以n

8、为参变量，n次谐波幅值（取其标幺值 ）对a 的关系（如图）： 当a从0 90变化时，ud的谐波幅值随a增大而增大，a=90时谐波幅值最大。a从90180之间电路工作于有源逆变工作状态，ud的谐波幅值随a增大而减小。 习题：5-1，6，7 思考：5-2，3,5.3 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 主要介绍带平衡电抗器的双反星形可控整流电路，适用于低压大电流输出，如电解电镀等工业应用。 6相半波整流：将两个三相半波电路并联，以扩大输出电流。 变压器原边接，两组副边分别Y接，但极性相反，即双反星联接。 不存在直流磁化问题。 6相对称交流电压，彼此互差60o。 =0o时，输出电压波形为6相正弦的包

9、络线。,6个阳极总是电位最高者导通，任何时刻仅有一只管导通，每管每周仅导通60o，比三相半波时缩短一半。 导通时间缩短的原因：两组之间有彼此关断作用，每组半波电路工作状况与独立工作时不同。 引入平衡电抗器Lp：使两个半波电路之间隔离，相互之间不再彼此影响。 ud1,ud2各为三相半波输出，id近恒流，Id1=Id2=Id/2。 每只SCR导通120o，与半波独立时相同，输出电流为每个半波电路的2倍。 负载输出电压ud=（ ud1+ ud2）/2。 up电压波形： up= ud2- ud1，波形为三倍频近似三角波，对应于6相交流电压波形中的三角伞状区。,环流：up作用于Lp两端产生电流ip，经过

10、两组星接半波电路构成回路，不流经负载。 id2=Id+ip，id1=Id-ip（ip很小，叠加在Id上才使VT1,3,5能反向流通ip）。 在t1时刻，ubua， ub大， VT6阳极电位高，对VT6首先导通有利。它导通后，Lp右半边产生自感电势，左负右正，同时在Lp左半边也感应出同样大小的电势，使左半边公共阴极电位变低，此时左半边由于a点电位最高，使VT1导通有利。VT1导通后， Lp中点电位等于两侧电位的中间值。,输出电压ud的平均值Ud与各组三相半波整流平均值Ud1、Ud2相等，Ud=1.17U2cos。 0o时， ud仍按两组三相半波电路波形ud1、ud2的算术平均值分析。 当=90o时，输出波形的正负面积相等，Ud=0（大L-R负载）。 与三相桥式电路的比较结论： 三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星形电路是两组三相