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文檔簡介
引言■整流電路(Rectifier)是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種,它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設備。
■整流電路的分類
◆按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種?!舭措娐方Y構可分為橋式電路和零式電路。
◆按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。◆按變壓器二次側電流的方向是單向或雙向,分為單拍電路和雙拍電路?!舭纯刂圃砜煞譃橄嗫卣骱透哳lPWM整流(也叫斬控整流)。第一頁,共208頁。第一頁,共208頁。本章首先討論最基本最常用的幾種可控整流電路,分析和研究其工作原理、基本數(shù)量關系以及負載性質(zhì)對整流電路的影響。然后集中分析變壓器漏抗對整流電路的影響。對目前應用極其廣泛的電容濾波的二極管不控整流電路,本章也詳細討論。在上述分析討論的基礎上,對整流電路的諧波和功率因數(shù)進行分析。應用于大功率場合的整流電路有其特點,本章也進行介紹。最后介紹整流電路相位控制的實現(xiàn)。第二頁,共208頁。第二頁,共208頁。學習整流電路的工作原理時,要根據(jù)電路中的開關器件通、斷狀態(tài)及交流電源電壓波形和負載的性質(zhì),分析其輸出直流電壓、電路中各元器件的電壓和電流波形。在重點掌握各種整流電路中波形分析方法的基礎上,得到整流輸出電壓與移相控制角之間的關系。第三頁,共208頁。第三頁,共208頁。3.1單相可控整流電路
3.1.1單相半波可控整流電路
3.1.2單相橋式全控整流電路
3.1.3單相全波可控整流電路
3.1.4單相橋式半控整流電路第四頁,共208頁。第四頁,共208頁。3.1.1單相半波可控整流電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖3-1單相半波可控整流電路及波形■帶電阻負載的工作情況(在工業(yè)生產(chǎn)中,很多負載呈現(xiàn)電阻特性,如電阻加熱爐,電解、電鍍裝置等)
◆變壓器T起變換電壓和隔離的作用,其一次側和二次側電壓瞬時值分別用u1和u2表示,有效值分別用U1和U2表示,其中U2的大小根據(jù)需要的直流輸出電壓ud的平均值Ud確定。
◆電阻負載的特點是電壓與電流成正比,兩者波形相同。
◆在分析整流電路工作時,認為晶閘管(開關器件)為理想器件,即晶閘管導通時其管壓降等于零,晶閘管阻斷時其漏電流等于零,除非特意研究晶閘管的開通、關斷過程,一般認為晶閘管的開通與關斷過程瞬時完成。
第五頁,共208頁。第五頁,共208頁。◆改變觸發(fā)時刻,ud和id波形隨之改變,直流輸出電壓ud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流,其波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn),故稱“半波”整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管,且交流輸入為單相,故該電路稱為單相半波可控整流電路。整流電壓ud波形在一個電源周期中只脈動1次,故該電路為單脈波整流電路。◆基本數(shù)量關系
?:從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度稱為觸發(fā)延遲角,也稱觸發(fā)角或控制角。?:晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導通角。
?直流輸出電壓平均值
?隨著增大,Ud減小,該電路中VT的移相范圍為180。
◆通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式,簡稱相控方式。
3.1.1單相半波可控整流電路(3-1)第六頁,共208頁。第六頁,共208頁?!鰩ё韪胸撦d的工作情況(實際生產(chǎn)中,更常見的負載是既有電阻也有電感,當負載中感抗wL>>R,則負載主要呈現(xiàn)為電感,稱為電感負載,例如電機的勵磁繞組)◆電感對電流的變化有抗拒作用。流過電感器件的電流變化時,在其兩端產(chǎn)生感應電動勢,其極性是阻止電流變化的,當電流增加時,它的極性阻止電流增加,當電流減小時,它的極性反過來阻止電流減小。這使得流過電感的電流不能發(fā)生突變,這是阻感負載的特點,也是理解整流電路帶阻感負載工作情況的關鍵之一。第七頁,共208頁。第七頁,共208頁。第八頁,共208頁。第八頁,共208頁。第九頁,共208頁。第九頁,共208頁。3.1.1單相半波可控整流電路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++圖3-2帶阻感負載的單相半波可控整流電路及其波形
◆電路分析?晶閘管VT處于斷態(tài),id=0,ud=0,uVT=u2。
?在t1時刻,即觸發(fā)角處
√ud=u2。√L的存在使id不能突變,id從0開始增加,這時交流電源一方面供給電阻消耗的能量,另一方面供給電感吸收的磁場能量。?u2由正變負的過零點處,id已經(jīng)處于減小的過程中,但尚未降到零,因此VT仍處于通態(tài)。此后,電感中儲存的能量逐漸釋放,一方面供給電阻消耗的能量,另一方面供給變壓器二次繞組吸收的能量。
?t2時刻,電感能量釋放完畢,id降至零,VT關斷并立即承受反壓。
?由于電感的存在延遲了VT的關斷時刻,使ud波形出現(xiàn)負的部分,與帶電阻負載時相比其平均值Ud下降。
wt2第十頁,共208頁。第十頁,共208頁。3.1.1單相半波可控整流電路◆電力電子電路的一種基本分析方法
?把器件理想化,將電路簡化為分段線性電路。
?器件的每種狀態(tài)組合對應一種線性電路拓撲,器件通斷狀態(tài)變化時,電路拓撲發(fā)生改變。?以前述單相半波電路為例
√當VT處于斷態(tài)時,相當于電路在VT處斷開,
id=0。當VT處于通態(tài)時,相當于VT短路。兩種情況的等效電路如圖3-3所示。
圖3-3單相半波可控整流電路的分段線性等效電路a)VT處于關斷狀態(tài)b)VT處于導通狀態(tài)第十一頁,共208頁。第十一頁,共208頁。3.1.1單相半波可控整流電路VTb)RLu2√VT處于通態(tài)時,如下方程成立:
在VT導通時刻,有t=,id=0,這是式(3-2)的初始條件。求解式(3-2)并將初始條件代入可得式中,,。由此式可得出圖3-2e所示的id波形。當t=+時,id=0,代入式(3-3)并整理得圖3-3b)VT處于導通狀態(tài)
(3-2)(3-3)(3-4)式(3-4)為超越方程,可采用迭代法借助計算機求解第十二頁,共208頁。第十二頁,共208頁。3.1.1單相半波可控整流電路√若為定值,角大,越小。若為定值,越大,越大,且平均值Ud越接近零。為解決上述矛盾,在整流電路的負載兩端并聯(lián)一個二極管,稱為續(xù)流二極管,用
VDR表示。◆有續(xù)流二極管的電路
?電路分析
√u2正半周時,與沒有續(xù)流二極管時的情況是一樣的。
√當u2過零變負時,VDR導通,ud為零,此時為負的u2通過VDR向VT施加反壓使其關斷,L儲存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通,此過程通常稱為續(xù)流。
√若L足夠大,id連續(xù),且id波形接近一條水平線。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)圖3-4單相半波帶阻感負載有續(xù)流二極管的電路及波形
第十三頁,共208頁。第十三頁,共208頁。(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)第十四頁,共208頁。第十四頁,共208頁?!鼍чl管觸發(fā)信號的移相范圍為180,其承受的最大正反向電壓均為u2的峰值即。續(xù)流二極管承受的電壓為-ud,其最大反向電壓為,亦為u2的峰值?!鰡蜗喟氩煽卣麟娐返奶攸c是簡單,但輸出脈動大,變壓器二次側電流中含直流分量,造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵芯不飽和,需增大鐵芯截面積,增大了設備的容量。實際上很少用這種電路。
第十五頁,共208頁。第十五頁,共208頁。3.1.2單相橋式全控整流電路u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖3-5單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形a)■帶電阻負載的工作情況
◆電路分析
?閘管VT1和VT4組成一對橋臂,VT2和VT3組成另一對橋臂。
?在u2正半周(即a點電位高于b點電位)
√若4個晶閘管均不導通,id=0,ud=0,VT1、VT4串聯(lián)承受電壓u2。
√在觸發(fā)角處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖,VT1和VT4即導通,電流從電源a端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源b端。
?當u2過零時,流經(jīng)晶閘管的電流也降到零,VT1和VT4關斷。
?在u2負半周,仍在觸發(fā)角處觸發(fā)VT2和VT3,VT2和VT3導通,電流從電源b端流出,經(jīng)VT3、R、VT2流回電源a端。
?到u2過零時,電流又降為零,VT2和VT3關斷。
VT2和VT3的=0處為t=第十六頁,共208頁。第十六頁,共208頁。交流電源的正負半波都有整流輸出電流流過負載,故該電路為全波整流。一周期內(nèi),整流電壓波形脈動2次,屬于雙脈波整流電路。變壓器二次繞組中,正負兩個半周電流方向相反且波形對稱,平均值為零,即直流分量為零,不存在直流磁化問題,變壓器繞組的利用率也高。第十七頁,共208頁。第十七頁,共208頁。◆基本數(shù)量關系
?晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為和。
?整流電壓平均值為:
α=0時,Ud=Ud0=0.9U2。α=180時,Ud=0。可見,α角的移相范圍為180。
?向負載輸出的直流電流平均值為:
3.1.2單相橋式全控整流電路(3-9)(3-10)第十八頁,共208頁。第十八頁,共208頁。?晶閘管輪流導電,流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流電流的一半:
3.1.2單相橋式全控整流電路(3-11)第十九頁,共208頁。第十九頁,共208頁。?流過晶閘管的電流有效值為:?變壓器二次側電流有效值I2與輸出直流電流有效值I相等,為由式(3-12)和(3-13)可見:?不考慮變壓器的損耗時,要求變壓器的容量為S=U2I2。3.1.2單相橋式全控整流電路(3-12)(3-13)(3-14)為選擇晶閘管、變壓器容量、導線截面積等定額,需考慮發(fā)熱問題,為此要計算電流有效值第二十頁,共208頁。第二十頁,共208頁。3.1.2單相橋式全控整流電路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u圖3-6單相橋式全控整流電流帶阻感負載時的電路及波形■帶阻感負載的工作情況
◆電路分析?在u2正半周期(假設電路已工作于穩(wěn)態(tài))√觸發(fā)角處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開通,ud=u2?!特撦d中有電感存在使負載電流不能突變,電感對負載電流起平波作用。假設負載電感很大,id連續(xù)且波形近似為一條水平線,如圖3-6d所示。
?u2過零變負時,由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id,并不關斷。?t=+時刻,觸發(fā)VT2和VT3,VT2和VT3導通,u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關斷,流過VT1和VT4的電流迅速轉移到VT2和VT3上,此過程稱為換相,亦稱換流。
a)b)c)d)e)f)g)h)主意3-6h此處與3-5c的區(qū)別第二十一頁,共208頁。第二十一頁,共208頁。3.1.2單相橋式全控整流電路◆基本數(shù)量關系
?整流電壓平均值為:
當=0時,Ud0=0.9U2。=90時,Ud=0。晶閘管移相范圍為90。?晶閘管承受的最大正反向電壓均為。?晶閘管導通角與無關,均為180,其電流平均值和有效值分別為:和。
?變壓器二次側電流i2的波形為正負各180的矩形波,其相位由角決定,有效值I2=Id。
(3-15)第二十二頁,共208頁。第二十二頁,共208頁?!鰩Х措妱觿葚撦d時的工作情況
◆當負載為蓄電池、直流電動機的電樞(忽略其中的電感)等時,負載可看成一個直流電壓源,對于整流電路,它們就是反電動勢負載。
◆電路分析?|u2|>E時,才有晶閘管承受正電壓,有導通的可能。
?晶閘管導通之后,ud=u2,,直至|u2|=E,id即降至0使得晶閘管關斷,此后ud=E。
?與電阻負載時相比,晶閘管提前了電角度停止導電,稱為停止導電角。?當<時,觸發(fā)脈沖到來時,晶閘管承受負電壓,不可能導通。3.1.2單相橋式全控整流電路b)idOEudwtIdOwtaqd圖3-7單相橋式全控整流電路接反電動勢—電阻負載時的電路及波形(3-16)同時也表征了晶閘管可能導通的最小觸發(fā)角度第二十三頁,共208頁。第二十三頁,共208頁。3.1.2單相橋式全控整流電路?為了使晶閘管可靠導通,觸發(fā)脈沖有足夠的寬度,保證當t=時刻有晶閘管開始承受正電壓時,觸發(fā)脈沖仍然存在,要求觸發(fā)脈沖的寬度必須大于-。這樣,相當于觸發(fā)角被推遲為。
?在角相同時,整流輸出電壓比電阻負載時大?!綦娏鲾嗬m(xù)
?id波形在一周期內(nèi)有部分時間為0的情況,稱為電流斷續(xù)。
第二十四頁,共208頁。第二十四頁,共208頁。
?負載為直流電動機時,如果出現(xiàn)電流斷續(xù),則電動機的機械特性將很軟。解釋如下:電流平均值與電流波形的面積成正比。當導通角越小,電流波形底部就越窄,為保證相同電流平均值則峰值電流就越大,這就要求較多地降低反電動勢。隨著Id電流的增大,與反電動勢成比例的轉速降落更大,因此其機械特性較軟。第二十五頁,共208頁。第二十五頁,共208頁。斷流危害:(1)對直流電動機負載:較大的電流峰值造成直流電機換向困難,容易產(chǎn)生火花。(2)對交流電源:對于相同的平均值,若電流波形底部越窄,則其有效值越大,電路有效值增大則要求電源容量增大,功率因數(shù)降低。第二十六頁,共208頁。第二十六頁,共208頁。3.1.2單相橋式全控整流電路?為了克服此缺點,一般在主電路中直流輸出側串聯(lián)一個平波電抗器。第二十七頁,共208頁。第二十七頁,共208頁。twwOud0Eidtpdaq=p3.1.2單相橋式全控整流電路?電感量足夠大使電流連續(xù),晶閘管每次導通180,這時整流電壓ud的波形和負載電流id的波形與電感負載電流連續(xù)時的波形相同,ud的計算公式亦一樣。?為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出:圖3-8單相橋式全控整流電路帶反電動勢負載串平波電抗器,電流連續(xù)的臨界情況
(3-17)詳細推導過程參見陳堅《電力電子學》第二版158-159頁第二十八頁,共208頁。第二十八頁,共208頁。電感是電動機電樞自身電感與外加串接電感之和,計算出來的電感值應扣掉電動機自身電感后才是外加串接電感的電感值。負載電流越小,必須有較大的電感才能使電流連續(xù)。通常取電動機額定電流的5%-10%為最小負載電流來計算外接電感。所選電感能保證對大于最小負載電流的負載電流在任何有效觸發(fā)角時都連續(xù)。第二十九頁,共208頁。第二十九頁,共208頁。3.1.2單相橋式全控整流電路■例:單相橋式全控整流電路,U2=100V,負載中R=2Ω,L值極大,反電勢E=60V,當=30時,要求:①作出ud、id和i2的波形;②求整流輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次側電流有效值I2;③考慮安全裕量,確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解:①ud、id和i2的波形如圖3-9:
圖3-9ud、id和i2的波形圖第三十頁,共208頁。第三十頁,共208頁。3.1.2單相橋式全控整流電路②整流輸出平均電壓Ud、電流Id,變壓器二次側電流有效值I2分別為
Ud=0.9U2cos=0.9×100×cos30°=77.97(V)
Id
=(Ud-E)/R=(77.97-60)/2=9(A)
I2=Id=9(A)③晶閘管承受的最大反向電壓為:
U2=100=141.4(V)流過每個晶閘管的電流的有效值為:
IVT=Id∕=6.36(A)故晶閘管的額定電壓為:
UN=(2~3)×141.4=283~424(V)晶閘管的額定電流為:
IN=(1.5~2)×6.36∕1.57=6~8(A)晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。第三十一頁,共208頁。第三十一頁,共208頁。3.1.3單相全波可控整流電路a)wtwab)udi1OOt圖3-10單相全波可控整流電路及波形■帶電阻負載時
◆電路分析
?變壓器T帶中心抽頭。
?在u2正半周,VT1工作,變壓器二次繞組上半部分流過電流。?u2負半周,VT2工作,變壓器二次繞組下半部分流過反方向的電流。
第三十二頁,共208頁。第三十二頁,共208頁。?由波形可知,單相全波可控整流電路的輸出電壓波形與單相全控橋一樣,交流輸入端電流波形也一樣,變壓器也不存在直流磁化問題。■當接其它負載時,有相同的結論。第三十三頁,共208頁。第三十三頁,共208頁。3.1.3單相全波可控整流電路◆單相全波與單相全控橋的區(qū)別
?單相全波中變壓器二次繞組帶中心抽頭,結構較復雜,材料的消耗多。?單相全波只用2個晶閘管,比單相全控橋少2個,相應地,門極驅動電路也少2個;但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。?單相全波導電回路只含1個晶閘管,比單相橋少1個,因而管壓降也少1個?!魪纳鲜龊髢牲c考慮,單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應用。第三十四頁,共208頁。第三十四頁,共208頁。在單相全控整流電路中,每一個導電回路中有兩個晶閘管,即用兩個晶閘管同時導通以控制導電的回路。實際上為了對每個導電回路進行控制,只需一個晶閘管就可以了,另一個晶閘管可以用二極管代替,從而簡化整個電路,形成單相橋式半控整流電路。3.1.4單相橋式半控整流電路第三十五頁,共208頁。第三十五頁,共208頁。不像全控橋那樣出現(xiàn)ud為負的情況3.1.4單相橋式半控整流電路■與全控電路在電阻負載時的工作情況相同?!鰩щ姼胸撦d
◆電路分析(先不考慮VDR
)?每一個導電回路由1個晶閘管和1個二極管構成。?在u2正半周,處觸發(fā)VT1,u2經(jīng)VT1和VD4向負載供電。?u2過零變負時,因電感作用使電流連續(xù),VT1繼續(xù)導通,但因a點電位低于b點電位,故VD2優(yōu)先導通,使VD4承受反壓而關斷,電流是由VT1和VD2續(xù)流,ud=0。
?在u2負半周,處觸發(fā)觸發(fā)VT3,向VT1加反壓使之關斷,u2經(jīng)VT3和VD2向負載供電。
?u2過零變正時,VD4導通,VD2關斷。VT3和VD4續(xù)流,ud又為零。
第三十六頁,共208頁。第三十六頁,共208頁。3.1.4單相橋式半控整流電路◆續(xù)流二極管VDR
?當后續(xù)的VT3觸發(fā)角突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時,VT3就不導通,VT1也就不會被加反壓,由于L的存在使VT1、VD2繼續(xù)導通;若L中儲存的能量在整個負半周都沒有釋放完,持續(xù)到當電源進入下一個周期的正半周時,VT1承受正向壓降不用觸發(fā)繼續(xù)導通,此時VD4兩端電壓要比VD2高,VD4優(yōu)先導通,VD4導通后VD2承受反壓而截至,電感重新儲能,如此循環(huán)往復。這樣一個晶閘管持續(xù)導通、兩個二極管輪流導通的情況,這使ud成為正弦半波,即半周期ud為正弦,另外半周期ud為零,其平均值保持恒定,相當于單相半波不可控整流電路時的波形,稱為失控。第三十七頁,共208頁。第三十七頁,共208頁。3.1.4單相橋式半控整流電路?有續(xù)流二極管VDR時,續(xù)流過程由VDR完成,避免了失控的現(xiàn)象。
?續(xù)流期間導電回路中只有一個管壓降,少了一個管壓降,有利于降低損耗。
?續(xù)流期間橋路直流輸出端只有1V左右的壓降,迫使晶閘管與二極管串聯(lián)電路中的電流減小到維持電流以下,使晶閘管關斷。第三十八頁,共208頁。第三十八頁,共208頁。Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDRu圖3-11單相橋式半控整流電路,有續(xù)流二極管,阻感負載時的電路及波形第三十九頁,共208頁。第三十九頁,共208頁。3.1.4單相橋式半控整流電路■單相橋式半控整流電路的另一種接法
◆相當于把圖3-5(a)中的VT3和VT4換為二極管VD3和VD4,這樣可以省去續(xù)流二極管VDR,續(xù)流由VD3和VD4來實現(xiàn),但續(xù)流期間有兩個管壓降。
◆這種接法的兩個晶閘管陰極電位不同,二者的觸發(fā)電路需要隔離。圖3-12單相橋式半控整流電路的另一接法圖3-6(a)單相全控橋式電路第四十頁,共208頁。第四十頁,共208頁。3.2三相可控整流電路
3.2.1三相半波可控整流電路
3.2.2三相橋式全控整流電路第四十一頁,共208頁。第四十一頁,共208頁。3.2三相可控整流電路·引言■其交流側由三相電源供電。
■當整流負載容量較大,或要求直流電壓脈動較小、易濾波時,應采用三相整流電路?!鲎罨镜氖侨喟氩煽卣麟娐贰!鰬米顬閺V泛的三相橋式全控整流電路、以及雙反星形可控整流電路、十二脈波可控整流電路等。
第四十二頁,共208頁。第四十二頁,共208頁。3.2.1三相半波可控整流電路
b)c)d)e)f)u2Riduaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)圖3-13三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負載時的電路及=0時的波形
■電阻負載
◆電路分析
?為得到零線,變壓器二次側必須接成星形,而一次側接成三角形,避免3次諧波流入電網(wǎng)。
?三個晶閘管按共陰極接法連接,這種接法觸發(fā)電路有公共端,連線方便。
?假設將晶閘管換作二極管,三個二極管對應的相電壓中哪一個的值最大,則該相所對應的二極管導通,并使另兩相的二極管承受反壓關斷,輸出整流電壓即為該相的相電壓。
?自然換相點
√在相電壓的交點t1、t2、t3處,均出現(xiàn)了二極管換相,稱這些交點為自然換相點。各種單相可控整流電路的自然換相點是變壓器二次電壓的過零點。
√將其作為的起點,即=0。第四十三頁,共208頁。第四十三頁,共208頁。3.2.1三相半波可控整流電路?=0
√三個晶閘管輪流導通120,ud波形為三個相電壓在正半軸的包絡線。
√變壓器二次繞組電流有直流分量。
√晶閘管電壓由一段管壓降和兩段線電壓組成,隨著增大,晶閘管承受的電壓中正的部分逐漸增多。b)c)d)e)f)u2Riduaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt圖3-13三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負載時的電路及=0時的波形
第四十四頁,共208頁。第四十四頁,共208頁。3.2.1三相半波可控整流電路a=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac?=30
√負載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài),各相仍導電120。圖3-14三相半波可控整流電路,電阻負載,=30時的波形第四十五頁,共208頁。第四十五頁,共208頁。3.2.1三相半波可控整流電路?>30
√當導通一相的相電壓過零變負時,該相晶閘管關斷,但下一相晶閘管因未觸發(fā)而不導通,此時輸出電壓和電流均為零。
√負載電流斷續(xù),各晶閘管導通角小于120。
第四十六頁,共208頁。第四十六頁,共208頁。3.2.1三相半波可控整流電路◆基本數(shù)量關系?當繼續(xù)增大,整流電壓將越來越小,=150時,整流輸出電壓為零。故電阻負載時角的移相范圍為0-150。
?整流電壓平均值
√≤30時,負載電流連續(xù),有
當=0時,Ud最大,為Ud=Ud0=1.17U2。
√>30時,負載電流斷續(xù),晶閘管導通角減小,此時有
(3-18)(3-19)此處書中有錯第四十七頁,共208頁。第四十七頁,共208頁。3.2.1三相半波可控整流電路?Ud/U2隨變化的規(guī)律
圖3-16三相半波可控整流電路Ud/U2與的關系電阻負載電感負載阻感負載第四十八頁,共208頁。第四十八頁,共208頁。3.2.1三相半波可控整流電路?負載電流平均值為?晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值,即
(3-20)(3-21)第四十九頁,共208頁。第四十九頁,共208頁。3.2.1三相半波可控整流電路所以,晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值即
(3-22)連續(xù)時陽極與陰極間最大正向電壓:斷續(xù)時陽極與陰極間最大正向電壓:因為:第五十頁,共208頁。第五十頁,共208頁。3.2.1三相半波可控整流電路■阻感負載
◆電路分析
?L值很大,整流電流id的波形基本是平直的,流過晶閘管的電流接近矩形波,各管導電120
。
?≤30時,整流電壓波形與電阻負載時相同。
?>30時,當u2過零時,由于電感的存在,阻止電流下降,因而VT1繼續(xù)導通,直到下一相晶閘管VT2的觸發(fā)脈沖到來,才發(fā)生換流,由VT2導通向負載供電,同時向VT1施加反壓使其關斷。
uuuudiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtu圖3-17三相半波可控整流電路,阻感負載時的電路及=60時的波形第五十一頁,共208頁。第五十一頁,共208頁。3.2.1三相半波可控整流電路◆基本數(shù)量關系
?的移相范圍為90。
?整流電壓平均值
?Ud/U2與的關系√L很大,如曲線2所示。
√L不是很大,則當>30后,ud中負的部分可能減少,整流電壓平均值Ud略為增加,如曲線3所示。圖3-16三相半波可控整流電路Ud/U2與的關系第五十二頁,共208頁。第五十二頁,共208頁。3.2.1三相半波可控整流電路?變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為
?晶閘管的額定電流為
?晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值,即
■三相半波可控整流電路的主要缺點在于其變壓器二次電流中含有直流分量,為此其應用較少。(3-23)(3-24)(3-25)第五十三頁,共208頁。第五十三頁,共208頁。3.2.2三相橋式全控整流電路■原理圖
◆陰極連接在一起的3個晶閘管(VT1,VT3,VT5)稱為共陰極組;陽極連接在一起的3個晶閘管(VT4,VT6,VT2)稱為共陽極組。
◆共陰極組中與a,b,c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT1,VT3,VT5,共陽極組中與a,b,c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4,VT6,VT2。
◆晶閘管的導通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。
圖3-18三相橋式全控整流電路原理圖第五十四頁,共208頁。第五十四頁,共208頁?!鰩щ娮柝撦d時的工作情況◆電路分析可以采用與分析三相半波可控整流電路時類似的方法,假設將電路中的晶閘管換作二極管,這種情況也就對應于晶閘管=0時的情況。此時,對于共陰極組的三個晶閘管,陽極所接交流電壓值最大的一個導通。而對于共陽極組的三個晶閘管,則是陰極所接交流電壓值最?。ɑ蛘哒f負得最多)的一個導通。這樣任意時刻共陽極組和共陰極組中各有一個晶閘管處于導通狀態(tài),施加于負載上的電壓為某一線電壓。第五十五頁,共208頁。第五十五頁,共208頁。第五十六頁,共208頁。第五十六頁,共208頁。=0時,各晶閘管均在自然換相點處換相。由圖中變壓器二次繞組相電壓與線電壓波形的對應關系看出,各自然換相點既是相電壓的交點,同時也是線電壓的交點。在分析ud波形時,既可以從相電壓波形分析,也可以從線電壓波形分析。(以變壓器二次側的中點n為參考點)第五十七頁,共208頁。第五十七頁,共208頁。從相電壓波形看,共陰極組晶閘管導通時,整流輸出電壓ud1為才三相相電壓在正半軸的包絡線;共陽極組晶閘管導通時,整流輸出電壓ud2為3個相電壓在負半軸的包絡線;總的輸出電壓ud=ud1-ud2,是兩條包絡線的差值,將其對應到線電壓波形上即為6個線電壓在正半軸的包絡線。第五十八頁,共208頁。第五十八頁,共208頁。直接從線電壓波形看,由于共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對應的是最大(正得最多)的相電壓,而共陽極組中處于通態(tài)的晶閘管對應的是最?。ㄘ摰米疃啵┑南嚯妷海敵稣麟妷旱膗d為這兩個相電壓相減,是線電壓中最大的一個,因此輸出整流電壓ud波形為六個線電壓在正半軸的包絡線。第五十九頁,共208頁。第五十九頁,共208頁。3.2.2三相橋式全控整流電路?為了說明各晶閘管的工作情況,將波形中的一個周期等分為六段,每段為60
,如圖3-19所示,每一段中導通的晶閘管及輸出整流電壓的情況表如表3-1所示。時段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb表3-1三相橋式全控整流電路電阻負載=0時晶閘管工作情況第六十頁,共208頁。第六十頁,共208頁。第六十一頁,共208頁。第六十一頁,共208頁。第六十二頁,共208頁。第六十二頁,共208頁。3.2.2三相橋式全控整流電路
?當觸發(fā)角改變時,電路的工作情況將發(fā)生變化√=30時,晶閘管起始導通時刻推遲了30,組成ud的每一段線電壓因此推遲30,ud平均值降低,波形見圖3-20。
√=60時,ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)向后移,ud平均值繼續(xù)降低。=60時ud出現(xiàn)了為零的點,波形見圖3-21。由此可見,≤60時ud波形是連續(xù)的。對于電阻負載,id波形與ud波形的形狀是一樣的。?當>60時
√因為id與ud一致,一旦ud降為至零,id也降至零,晶閘管關斷,輸出整流電壓ud為零,ud波形不能出現(xiàn)負值。
√=90時的波形見圖3-22。如果繼續(xù)增大至120,整流輸出電壓ud波形將全為零,可見帶電阻負載時三相橋式全控整流電路角的移相范圍是0-120
第六十三頁,共208頁。第六十三頁,共208頁。第六十四頁,共208頁。第六十四頁,共208頁。第六十五頁,共208頁。第六十五頁,共208頁。第六十六頁,共208頁。第六十六頁,共208頁。3.2.2三相橋式全控整流電路◆三相橋式全控整流電路的一些特點
?每個時刻均需2個晶閘管同時導通,形成向負載供電的回路,共陰極組的和共陽極組的各1個,且不能為同一相的晶閘管。
?對觸發(fā)脈沖的要求
√6個晶閘管的脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序,相位依次差60。√共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120,共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120?!掏幌嗟纳舷聝蓚€橋臂,即VT1與VT4,VT3與VT6,VT5與VT2,脈沖相差180。第六十七頁,共208頁。第六十七頁,共208頁。3.2.2三相橋式全控整流電路?整流輸出電壓ud一周期脈動6次,每次脈動的波形都一樣,故該電路為6脈波整流電路。?在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續(xù)時,為確保電路的正常工作,需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖
√寬脈沖觸發(fā):使脈沖寬度大于60(一般取80~100)
√雙脈沖觸發(fā):用兩個窄脈沖代替寬脈沖,兩個窄脈沖的前沿相差60,脈寬一般為20~30?!屉p脈沖觸發(fā)電路較復雜,但要求的觸發(fā)電路輸出功率小。寬脈沖觸發(fā)電路雖可少輸出一半脈沖,但為了不使脈沖變壓器飽和,需將鐵芯體積做得很大,繞組匝數(shù)較多,導致漏感增大,脈沖前沿不夠陡,對于晶閘管串聯(lián)不利。雖可用去磁繞組改善這種情況,但又使觸發(fā)電路復雜化。因此,常用的是雙脈沖觸發(fā)。第六十八頁,共208頁。第六十八頁,共208頁。第六十九頁,共208頁。第六十九頁,共208頁。?=0時晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同,晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也一樣。第七十頁,共208頁。第七十頁,共208頁。3.2.2三相橋式全控整流電路■阻感負載時的工作情況
◆電路分析
?當≤60時
√ud波形連續(xù),電路的工作情況與帶電阻負載時十分相似,各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。
√區(qū)別在于電流,當電感足夠大的時候,id、iVT、ia的波形在導通段都可近似為一條水平線。
√=0時的波形見圖3-23,=30時的波形見圖3-24。
?當>60時,阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同。√電阻負載時ud波形不會出現(xiàn)負的部分,而阻感負載時由于電感L的作用,ud波形會出現(xiàn)負的部分。
√=90時,ud波形見圖3-25,其正負面積基本相等,ud平均值近似為零。這表明,帶阻感負載時,三相橋式全控整流電路角的移相范圍是0-90。。
第七十一頁,共208頁。第七十一頁,共208頁。3.2.2三相橋式全控整流電路■基本數(shù)量關系
◆帶電阻負載時三相橋式全控整流電路角的移相范圍是0~120,帶阻感負載時,三相橋式全控整流電路的角移相范圍為0~90?!粽鬏敵鲭妷浩骄担ㄒ跃€電壓的過零點為坐標的零點)
?帶阻感負載時,或帶電阻負載≤60時
?帶電阻負載且>60時
(3-26)(3-27)第七十二頁,共208頁。第七十二頁,共208頁。3.2.2三相橋式全控整流電路◆輸出電流平均值為Id=Ud/R。◆當整流變壓器為圖3-18中所示采用星形接法,帶阻感負載時,變壓器二次側電流波形如圖3-24中所示,為正負半周各寬120、前沿相差180的矩形波,其有效值為:
晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致?!羧鄻蚴饺卣麟娐方臃措妱葑韪胸撦d時,在負載電感足夠大使負載電流連續(xù)的情況下,電路工作情況與電感性負載時相同,僅在于計算Id時有所不同,為:式中R和E分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。
(3-28)(3-29)第七十三頁,共208頁。第七十三頁,共208頁。三相橋式半控整流電路第七十四頁,共208頁。第七十四頁,共208頁。3.3變壓器漏感對整流電路的影響■變壓器漏感
◆實際上變壓器繞組總有漏感,該漏感可用一個集中的電感LB表示,并將其折算到變壓器二次側。
◆由于電感對電流的變化起阻礙作用,電感電流不能突變,因此換相過程不能瞬間完成,而是會持續(xù)一段時間。■現(xiàn)以三相半波為例來分析,然后將其結論推廣
◆假設負載中電感很大,負載電流為水平線。
第七十五頁,共208頁。第七十五頁,共208頁。3.3變壓器漏感對整流電路的影響◆分析從VT1換相至VT2的過程
?在t1時刻之前VT1導通,t1時刻觸發(fā)VT2,因a、b兩相均有漏感,故ia、ib均不能突變,于是VT1和VT2同時導通,相當于將a、b兩相短路,兩相間電壓差為ub-ua,它在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流ik如圖所示。?ik=ib是逐漸增大的,而ia=Id-ik是逐漸減小的。
?當ik增大到等于Id時,ia=0,VT1關斷,換流過程結束。
?換相過程持續(xù)的時間用電角度表示,稱為換相重疊角。
udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubucat1時刻
圖3-26考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形
第七十六頁,共208頁。第七十六頁,共208頁。3.3變壓器漏感對整流電路的影響◆基本數(shù)量關系
?換相過程中,整流輸出電壓瞬時值為
?換相壓降:與不考慮變壓器漏感時相比,ud平均值降低的多少,即
(3-30)(3-31)第七十七頁,共208頁。第七十七頁,共208頁。第七十八頁,共208頁。第七十八頁,共208頁。3.3變壓器漏感對整流電路的影響?換相重疊角
√由式(3-30)得出:
由上式得:進而得出:當時,,于是
(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)第七十九頁,共208頁。第七十九頁,共208頁。3.3變壓器漏感對整流電路的影響√隨其它參數(shù)變化的規(guī)律:
⑴Id越大則越大;
⑵XB越大越大;⑶當≤90時,越小越大。?其它整流電路的分析結果
電路形式單相全波單相全控橋三相半波三相全控橋m脈波整流電路①②
注:①單相全控橋電路中,XB在一周期的兩次換相中都起作用,等效為m=4;②三相橋等效為相電壓等于的6脈波整流電路,故其m=6,相電壓按代入。表3-2各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算
第八十頁,共208頁。第八十頁,共208頁。3.3變壓器漏感對整流電路的影響◆變壓器漏感對整流電路影響的一些結論:
?出現(xiàn)換相重疊角,整流輸出電壓平均值Ud降低。
?整流電路的工作狀態(tài)增多。?晶閘管的di/dt減小,有利于晶閘管的安全開通,有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。?換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口,產(chǎn)生正的du/dt,可能使晶閘管誤導通,為此必須加吸收電路。?換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口,成為干擾源。第八十一頁,共208頁。第八十一頁,共208頁。3.3變壓器漏感對整流電路的影響例:三相橋式不可控整流電路,阻感負載,R=5Ω,L=∞,U2=220V,XB=0.3Ω,求Ud、Id、IVD、I2和的值并作出ud、iVD和i2的波形。解:三相橋式不可控整流電路相當于三相橋式可控整流電路=0°時的情況。
Ud=2.34U2cos-ΔUd
ΔUd=3XBId∕
Id=Ud∕R解方程組得:
Ud=2.34U2cos∕(1+3XB/R)=486.9(V)
Id=97.38(A)又∵-=2∕U2
即得出=0.892換流重疊角=26.93°二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為
IVD=Id==56.22(A)
I2a=Id=79.51(A)
ud、iVD1和i2a的波形如圖3-27所示。書中有錯第八十二頁,共208頁。第八十二頁,共208頁。3.4電容濾波的不可控整流電路
3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路
3.4.2電容濾波的三相不可控整流電路
第八十三頁,共208頁。第八十三頁,共208頁。3.4電容濾波的不可控整流電路·引言■交—直—交變頻器、不間斷電源、開關電源等應用場合大都采用不可控整流電路經(jīng)電容濾波后提供直流電源,供后級的逆變器、斬波器等使用。前面介紹的各種可控整流電路形式,只要將其中的晶閘管換為二極管,就是不可控整流電路■最常用的是單相橋式和三相橋式兩種接法?!鲇捎陔娐分械碾娏﹄娮悠骷捎谜鞫O管,故也稱這類電路為二極管整流電路。第八十四頁,共208頁。第八十四頁,共208頁。3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路■工作原理及波形分析
◆基本工作過程?在u2正半周過零點至t=0期間,因u2<ud,故二極管均不導通,此階段電容C向R放電,提供負載所需電流,同時ud下降。
?至t=0之后,u2將要超過ud,使得VD1和VD4開通,ud=u2,交流電源向電容充電,同時向負載R供電。
?電容被充電到t=時,ud=u2,VD1和VD4關斷。電容開始以時間常數(shù)RC按指數(shù)函數(shù)放電。
?當t=,即放電經(jīng)過-角時,ud降至開始充電時的初值,另一對二極管VD2和VD3導通,此后u2又向C充電,與u2正半周的情況一樣。
圖3-28電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a)電路b)波形假設電路已工作于穩(wěn)態(tài),同時由于實際中作為負載的后級電路穩(wěn)態(tài)時消耗的直流平均電流是一定的,所以分析中以電阻R作為負載。第八十五頁,共208頁。第八十五頁,共208頁?!艉偷拇_定
?指VD1和VD4導通的時刻與u2過零點相距的角度,指VD1和VD4的導通角。?在VD1和VD4導通期間式中,ud(0)為VD1、VD4開始導通時刻直流側電壓值。將u2代入并求解得:而負載電流為:于是3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路(3-37)(3-38)(3-39)(3-40)(3-41)第八十六頁,共208頁。第八十六頁,共208頁。3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路(3-42)則當t=時,VD1和VD4關斷。將id()=0代入式(3-41),得:
電容放電時有:電容放電結束時刻:電容放電時初始電壓:第八十七頁,共208頁。第八十七頁,共208頁。3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路在已知RC時,可由式(3-45)求出,進而由式(3-44)求出,顯然和僅由乘積RC決定。
(3-43)(3-44)(3-45)圖3-29
、與RC的關系曲線二極管導通后u2開始向C充電時的ud與二極管關斷后C放電結束時的ud相等,故有下式成立:
由式(3-42)得
將式(3-44)代入(3-43)得
第八十八頁,共208頁。第八十八頁,共208頁。3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路?的另外一種確定方法:VD1和VD4的關斷時刻,從物理意義上講,就是兩個電壓下降速度相等的時刻,一個是電源電壓的下降速度|du2/d(t)|,另一個是假設二極管VD1和VD4關斷而電容開始單獨向電阻放電時電壓的下降速度|dud/d(t)|p(下標表示假設),據(jù)此即可確定。圖3-29、與RC的關系曲線第八十九頁,共208頁。第八十九頁,共208頁。3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路■主要的數(shù)量關系
◆輸出電壓平均值第九十頁,共208頁。第九十頁,共208頁。■主要的數(shù)量關系
◆輸出電壓平均值
?空載時,
?重載時,R很小,電容放電迅速,幾乎失去儲能作用,Ud逐漸趨近于0.9U2,即趨近于電阻負載時的特性。?在設計時根據(jù)負載的情況選擇電容C值,使,此時輸出電壓為:
Ud≈1.2U2(3-46)◆電流平均值
?輸出電流平均值IR為:IR=Ud/R(3-47)
Id=IR(3-48)?二極管電流iD平均值為:ID=Id/2=IR/2(3-49)◆二極管承受的電壓
?為變壓器二次側電壓最大值,即。
3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路在穩(wěn)態(tài)時,電容C在一個電源周期內(nèi)吸收的能量和釋放的能量相等,其電壓平均值保持不變。相應地,流經(jīng)電容的電流在一周內(nèi)的平均值為零。第九十一頁,共208頁。第九十一頁,共208頁。3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路a)b)u2udi20dqpwti2,u2,ud■感容濾波的單相橋式不可控整流電路
◆實際電路中存在交流側電感如變壓器漏抗、線路電感等作用,另外實際應用中為抑制電流沖擊,常在直流側串入較小的電感,成為感容濾波電路,如圖3-31所示。
◆ud波形更平直,電流i2的上升段平緩了許多,這對于電路的工作是有利的。圖3-31感容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a)電路圖b)波形第九十二頁,共208頁。第九十二頁,共208頁。3.4.2電容濾波的三相不可控整流電路uduuua)b)Oiaiddabac0dqwtpp3wt■基本原理
◆當某一對二極管導通時,輸出直流電壓等于交流側線電壓中最大的一個,該線電壓既向電容供電,也向負載供電。
◆當沒有二極管導通時,由電容向負載放電,ud按指數(shù)規(guī)律下降。■電流id斷續(xù)和連續(xù)
◆比如在VD1和VD2同時導通之前VD6和VD1是關斷的,交流側向直流側的充電電流id是斷續(xù)的。
◆VD1一直導通,交替時由VD6導通換相至VD2導通,id是連續(xù)的。
圖3-32電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形a)電路b)波形第九十三頁,共208頁。第九十三頁,共208頁。同樣可以得到與單相電容濾波整流電路類似的關系式:第九十四頁,共208頁。第九十四頁,共208頁。3.4.2電容濾波的三相不可控整流電路◆由“電壓下降速度相等”的原則,可以確定臨界條件,假設在t+=2/3的時刻“速度相等”恰好發(fā)生,則有
可得RC=這就是臨界條件。RC>和RC<分別是電流id斷續(xù)和連續(xù)的條件。
◆通常只有R是可變的,它的大小反映了負載的輕重,因此在輕載時直流側獲得的充電電流是斷續(xù)的,重載時是連續(xù)的。
a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO圖3-33電容濾波的三相橋式整流電路當RC等于和小于時的電流波形a)RC=b)RC<(3-50)第九十五頁,共208頁。第九十五頁,共208頁。3.4.2電容濾波的三相不可控整流電路RC>時,交流側電流和電壓波形如圖3-32所示,其中可仿照單相電路的方法。確定之后,即可推導出交流側線電流的表達式,在此基礎上可對交流側電流進行諧波分析。第九十六頁,共208頁。第九十六頁,共208頁。3.4.2電容濾波的三相不可控整流電路b)c)iaiaOOtt■考慮電感
◆實際電路中存在交流側電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)的電感。
◆有電感時,電流波形的前沿平緩了許多,有利于電路的正常工作。◆隨著負載的加重,電流波形與電阻負載時的交流側電流波形逐漸接近。
圖3-34考慮電感時電容濾波的三相橋式整流電路及其波形a)電路原理圖b)輕載時的交流側電流波形c)重載時的交流側電流波形第九十七頁,共208頁。第九十七頁,共208頁。3.4.2電容濾波的三相不可控整流電路■主要數(shù)量關系◆輸出電壓平均值
第九十八頁,共208頁。第九十八頁,共208頁?!鲋饕獢?shù)量關系◆輸出電壓平均值
?Ud在(2.34U2~2.45U2)之間變化?!綦娏髌骄?/p>
?輸出電流平均值IR為:
IR=Ud/R
電容電流iC平均值為零,因此:
Id=IR?二極管電流平均值為Id的1/3,即
ID=Id/3=IR/3◆二極管承受的電壓?為線電壓的峰值,為。3.4.2電容濾波的三相不可控整流電路(3-51)(3-52)(3-53)第九十九頁,共208頁。第九十九頁,共208頁。3.5整流電路的諧波和功率因數(shù)3.5.1諧波和無功功率分析基礎3.5.2帶阻感負載時可控整流電路交流側諧
波和功率因數(shù)分析3.5.3電容濾波的不可控整流電路交流側諧
波和功率因數(shù)分析3.5.4整流輸出電壓和電流的諧波分析
第一百頁,共208頁。第一百頁,共208頁。3.5整流電路的諧波和功率因數(shù)·引言■隨著電力電子技術的發(fā)展,其應用日益廣泛,由此帶來的諧波(harmonics)和無功(reactivepower)問題日益嚴重,引起了關注。■無功的危害
◆導致設備容量增加。
◆使設備和線路的損耗增加。◆線路壓降增大,沖擊性負載使電壓劇烈波動?!鲋C波的危害◆產(chǎn)生附加諧波損耗,降低發(fā)電、輸電及用電設備的效率。
◆影響用電設備的正常工作?!粢痣娋W(wǎng)局部的諧振,使諧波放大,加劇危害?!魧е吕^電保護和自動裝置的誤動作。◆對通信系統(tǒng)造成干擾。
第一百零一頁,共208頁。第一百零一頁,共208頁。由于公用電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流對用電設備和電網(wǎng)本身都會造成很大的危害,世界上許多國家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國家標準,或由權威機構制定限制諧波的規(guī)定。世界各國所制定的諧波標準大都比較接近。在國際上,各個國際組織如國際電氣電子工程協(xié)會(IEEE)、國際電工委員會(IEC)和國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)紛紛推出了各自建議的標準,其中較有影響的是IEEE519-1992和IEC555-2。我國由技術監(jiān)督局于1993年發(fā)布了國家標準(GB/T14549-1993)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》,并從1994年3月1日開始實施。第一百零二頁,共208頁。第一百零二頁,共208頁?!鲋C波
◆正弦波電壓可表示為
式中U為電壓有效值;u為初相角;為角頻率,=2f=2/T;f為頻率;T為周期?!魸M足狄里赫利條件的非正弦電壓u(t)分解為如下形式的傅里葉級數(shù)
3.5.1諧波和無功功率分析基礎式中n=1,2,3…(3-54)(3-55)第一百零三頁,共208頁。第一百零三頁,共208頁。3.5.1諧波和無功功率分析基礎或式中,cn、n和an、bn的關系為◆基波(fundamental):頻率與工頻相同的分量。
諧波:頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量。
諧波次數(shù):諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比?!舻趎次諧波電流含有率以HRIn(HarmonicRatioforIn)表示◆電流諧波總畸變率THDi(TotalHarmonicdistortion)分別定義為(Ih為總諧波電流有效值)(3-56)(3-57)(3-58)第一百零四頁,共208頁。第一百零四頁,共208頁。3.5.1諧波和無功功率分析基礎■功率因數(shù)
◆正弦電路
?有功功率就是其平均功率:
式中U、I分別為電壓和電流的有效值,為電流滯后于電壓的相位差。?視在功率為:
S=UI
?無功功率為:
Q=UIsin
?功率因數(shù)為
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