电力电子技术：第3章 整流电路（III）.ppt

第第3 3章章 整流电路（整流电路（IIIIII）2目目 录录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33.3 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o未未考考虑虑包包括括变变压压器器漏漏感感在在内内的的交交流流侧侧电电感感的的影影响响时时，认为换相是瞬间完成的认为换相是瞬间完成的o实实际际上上变变压压器器绕绕组组总总有有漏漏感感，电电感感阻阻碍碍电电流流的的变变化化，换相过程不能瞬间完成，会持续一段时间换相过程不能瞬间完成，会持续一段时间o该漏感可用一个集中的电感该漏感可用一个集中的电感LB表示表示4变压器漏感对变压器漏感对三相半波三相半波整流电路的影响整流电路的影响oVT1换换相相至至VT2的的过过程程：因因a、b两两相相均均有有漏漏感感，故故ia、ib均均不不能能突突变变，于于是是VT1和和VT2同时导通同时导通o相相当当于于将将a、b两两相相短短路路，在在两两相相组组成成的的回回路路中中产产生生环流环流ikoik=ib是是逐逐渐渐增增大大的的，而而ia=Id-ik是逐渐减小的。

是逐渐减小的o当当ik增增大大到到等等于于Id时时，ia=0，VT1关断，换流过程结束关断，换流过程结束5变压器漏感对变压器漏感对三相半波三相半波整流电路的影响整流电路的影响o换换相相重重叠叠角角：换换相相过过程程持持续续的的时时间间，用用电电角角度度g g 表示表示o整流电压整流电压ud的瞬时值的瞬时值换相过程中，整流换相过程中，整流电压电压ud为同时导通为同时导通的两个晶闸管所对的两个晶闸管所对应的两个相电压的应的两个相电压的平均值平均值6变压器漏感对变压器漏感对三相半波三相半波整流电路的影响整流电路的影响o换换相相压压降降：与与不不考考虑虑变变压压器器漏漏感感时时相相比比，ud平均值降低的多少平均值降低的多少7换相重叠角换相重叠角g 的计算的计算8换相重叠角换相重叠角g 的计算的计算o当当时，时， og 随其它参数变化的规律随其它参数变化的规律（1）Id 越大则越大则g 越大；越大；（2）XB 越大越大g 越大；越大；（3）当）当90时，时， 越小越小g 越大9变压器漏感对各类整流电路的影响变压器漏感对各类整流电路的影响表表3-2各种整流各种整流电电路路换换相相压压降和降和换换相重叠角的相重叠角的计计算算注注：单单相相全全控控桥桥电电路路中中，环环流流ik是是从从-Id变变为为Id。

本本表表所所列通用公式不适用列通用公式不适用；三三相相桥桥等等效效为为相相电电压压等等于于的的6脉脉波波整整流流电电路路，故其故其m=6，相相电压电压按按代入电路形式电路形式单相单相全波全波单相全单相全控桥控桥三相三相半波半波三相全三相全控桥控桥m脉波脉波整流电路整流电路10变压器漏感对整流电路影响的变压器漏感对整流电路影响的一些结论一些结论1.出出现现换换相相重重叠叠角角g g ，整整流流输输出电压平均值出电压平均值Ud降低2.整流电路的工作状态增多整流电路的工作状态增多3.晶晶闸闸管管的的di/dt 减减小小，有有利利于于晶晶闸闸管管的的安安全全开开通通有有时时人人为为串串入入进进线线电电抗抗器器以以抑抑制制晶晶闸管的闸管的di/dt4.换换相相时时晶晶闸闸管管电电压压出出现现缺缺口口，产产生生正正的的du/dt，可可能能使使晶晶闸闸管管误误导导通通，为为此此必必须须加加吸吸收收电路5.换换相相使使电电网网电电压压出出现现缺缺口口，成为干扰源成为干扰源113.4 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n将将全全控控整整流流电电路路中中的的晶晶闸闸管管换换为为整整流流二二极极管管，变变为为不不可可控控整整流流电电路路，也也称称二二极极管管整整流流电电路路 n在在交交直直交交变变频频器器、不不间间断断电电源源、开开关关电电源源等等应应用用场场合合中中，不不可可控控整整流流电电路路大大量量应应用用n最最常常用用的的是是单单相相桥桥式式和和三三相相桥桥式式两种接法两种接法123.4.1 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n基本工作基本工作过过程程u21n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率的整数比24谐波谐波nn次谐波电流含有率次谐波电流含有率以以HRIn表示表示In为第为第n次谐波电流有效值，次谐波电流有效值，I1为基波电流有效值。

为基波电流有效值n电流谐波总畸变率电流谐波总畸变率THDi定义为定义为Ih为总谐波电流有效值，为总谐波电流有效值，25功率因数功率因数o正弦电路中的情况正弦电路中的情况有功功率有功功率就是其平均功率：就是其平均功率：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S = UI无功功率无功功率定义为：定义为：Q = U I sinj功率因数功率因数l l 定义为有功功率定义为有功功率P和视在功率和视在功率S的比值：的比值：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之间有如下关系：之间有如下关系：功率因数是由电压和电流的相位差功率因数是由电压和电流的相位差j j 决定：决定：l=cosj26功率因数功率因数o非正弦电路中的情况非正弦电路中的情况n有有功功功功率率、视视在在功功率率、功功率率因因数数的的定定义义均均和和正正弦弦电电路相同，功率因数仍由下式定义：路相同，功率因数仍由下式定义：n公公用用电电网网中中，通通常常电电压压的的波波形形畸畸变变很很小小，而而电电流流波波形形的的畸畸变变可可能能很很大大因因此此，不不考考虑虑电电压压畸畸变变，研研究究电电压压波波形形为为正正弦弦波波、电电流流波波形形为为非非正正弦弦波波的的情情况况有有很大的实际意义。

很大的实际意义27功率因数功率因数o非正弦电路中的情况非正弦电路中的情况n设正弦波电压有效值为设正弦波电压有效值为U，畸变电流有效值为畸变电流有效值为I，基基波电流有效值及与电压的相位差分别为波电流有效值及与电压的相位差分别为I1和和j j1这时这时有功功率为有功功率为P=U I1 cosj j1n功率因数为功率因数为o基基波波因因数数n n =I1/ I，即即基基波波电电流流有有效效值值和和总总电电流有效值之比流有效值之比o位移因数位移因数（基波功率因数）（基波功率因数）cosj j 128非正弦电路的无功功率非正弦电路的无功功率o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o一种简单的定义是：一种简单的定义是：o这样定义的无功功率这样定义的无功功率Q反映了能量的流动和交换，目前反映了能量的流动和交换，目前被较广泛的接受，但该定义对无功功率的描述很粗糙被较广泛的接受，但该定义对无功功率的描述很粗糙o采用符号采用符号Qf定义为由基波电流所产生的无功功率定义为由基波电流所产生的无功功率，忽略忽略电压中的谐波时有电压中的谐波时有Qf =UI1sinj j1 o在非正弦情况下，在非正弦情况下，因此引入畸变功率，因此引入畸变功率D，表示由谐波电流产生的无功功率表示由谐波电流产生的无功功率，使得：使得：293.5.2 3.5.2 带阻感负载时可控整流电路带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析1.单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路o忽忽略略换换相相过过程程和和电电流流脉脉动动，带带阻阻感感负负载载，直直流流电电感感L为为足足够够大大30单相桥式全控整流电路交流侧谐波分析单相桥式全控整流电路交流侧谐波分析o变压器二次侧电流谐波分析变压器二次侧电流谐波分析n电电流流基基波波和和各各次次谐谐波波有有效效值值为为 n=1,3,5,n电流中仅含奇次谐波电流中仅含奇次谐波n各各次次谐谐波波有有效效值值与与谐谐波波次次数数成成反反比比，且且与与基基波波有有效效值值的的比值为谐波次数的倒数比值为谐波次数的倒数31单相桥式全控整流电路功率因数计算单相桥式全控整流电路功率因数计算n基波电流有效值为基波电流有效值为ni2的的有有效效值值I = Id，可可得得基基波波因因数为数为n电电流流基基波波与与电电压压的的相相位位差差就就等等于控制角于控制角 ，故位移因数为故位移因数为n功率因数为功率因数为323.5.2 3.5.2 带阻感负载时可控整流电路带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析2.2.三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路o阻阻感感负负载载，忽忽略略换换相相过过程程和和电电流流脉脉动动，直直流流电电感感L为足够大为足够大o以以 =30 为为例例，交交流流侧侧电电压压电电流流ia为为正正负负半半周周各各120 的的方方波波，其其有有效效值值与直流电流的关系为与直流电流的关系为33三相桥式全控整流电路交流侧谐波分析三相桥式全控整流电路交流侧谐波分析o变压器二次侧电流谐波分析：变压器二次侧电流谐波分析：34三相桥式全控整流电路交流侧谐波分析三相桥式全控整流电路交流侧谐波分析o电流基波和各次谐波有效值分别为电流基波和各次谐波有效值分别为n电流中仅含电流中仅含6k 1（k为正整数）次谐波为正整数）次谐波n各各次次谐谐波波有有效效值值与与谐谐波波次次数数成成反反比比，且且与与基基波波有有效效值的比值为谐波次数的倒数值的比值为谐波次数的倒数35三相桥式全控整流电路功率因数计算三相桥式全控整流电路功率因数计算o基波因数基波因数为为o电电流基波与流基波与电压电压的相位差仍的相位差仍为为 ，故位移因数仍故位移因数仍为为o功率因数功率因数为为363.5.3 3.5.3 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析1.单相桥式不可控整流电路单相桥式不可控整流电路 为为了了抑抑制制冲冲击击电电流流，实实用用的的单单相相不不可可控控整整流流电电路路采采用用感容滤波，典型的交流侧电流波形如下图所示。

感容滤波，典型的交流侧电流波形如下图所示感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形37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o交流侧谐波的组成规律：交流侧谐波的组成规律：（1）谐波次数为奇次；）谐波次数为奇次；（2）谐波次数越高，谐波幅值越小；）谐波次数越高，谐波幅值越小；（3 3）与带阻感负载的单相全控桥整流电路相比，谐波与）与带阻感负载的单相全控桥整流电路相比，谐波与基波的关系是不固定的，基波的关系是不固定的，w wRC越大，意味着负载越轻，二越大，意味着负载越轻，二极管的导通角越小，则交流侧电流波形的底部就越窄，波极管的导通角越小，则交流侧电流波形的底部就越窄，波形畸变也越严重，故谐波越大，而基波越小形畸变也越严重，故谐波越大，而基波越小4 4） 越大，串联电感越大，串联电感L抑制了冲击电流，从而抑制抑制了冲击电流，从而抑制了交流电流的畸变，故谐波越小了交流电流的畸变，故谐波越小38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o 关于功率因数的结论如下：关于功率因数的结论如下：（1）通常位移因数接近于）通常位移因数接近于1，但，但随负载加重（随负载加重（w wRC减小）会逐渐减小）会逐渐变为滞后，且随滤波电感加大滞变为滞后，且随滤波电感加大滞后的角度也增大。

后的角度也增大2）由由于于谐谐波波的的大大小小受受负负载载大大小小（w wRC）的的影影响响，随随w wRC增增大大，谐谐波波增增大大，而而基基波波减减小小，也也就就使使基基波波因因数数减减小小，使使得得总总的的功功率率因因数数降降低低同同时时，谐谐波波受受滤滤波波电电感感的的影影响响，滤滤波波电电感感越越大大，谐谐波波越越小小，基基波波因因数数越越大大，总功率因数越大总功率因数越大393.5。