电力电子技术 第2章 整流电路3-9节

《电力电子技术》 电子教案第2章 整流电路

目 录2.3 变压器漏感对整流电路的影响

2.42.5

电容滤波的不可控整流电路整流电路的谐波和功率因数

2.62.7

大功率可控整流电路整流电路的有源逆变工作状态(自学)

2.82.9

晶闸管直流电动机系统(自学)相控电路的驱动控制 本章小结

2.3

变压器漏感对整流电路的影响T ik a b c R LB LB LB ud L ia ib ic VT1 VT2 VT3

考虑包括变压器漏感在内的交 流侧电感的影响，该漏感可用 一个集中的电感LB表示

以三相半波为例，结论可推广VT1换相至VT2的过程： 因a、b两相均有漏感，故 ia、ib 均不能突变，于是VT1 和 VT2 同时导通，相当于将a、b O 两相短路，在两相组成的回路 i 中产生环流 ik。ik=ib 是逐渐增 O 大的，而ia=Id-ik 是逐渐减小的。 当 ik 增 大 到 等 于 Id 时 ， ia=0, VT1关断,换流过程结束。d

ud

ua

ub

uc

t

ic

ia

ib

ic

ia

Id

t

图2-25 考虑变压器漏感时的 三相半波可控整流电路及波形

2.3

变压器漏感对整流电路的影响dik dik ua ub ud ua LB ub LB dt dt 2 5 6

换相重叠角——换相过程持续的时间，用电角度 表示 换相过程中，整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应的两 个相电压的平均值 (2-30) 换相压降——与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多 少(以B相为例讨论)

1 3 dik U d 56 (ub ud )d( t ) 2 56 [ub (ub LB dt )]d( t ) 2 / 3 3 2

5 6

5 6

5 6

dik 3 LB d( t ) dt 2

Id

0

3 LBdik X B I d 2 (2-31)

2.3

变压器漏感对整流电路的影响6U 2 sin( t 2 LB 5 ) 6

换相重叠角 的计算dik (ub ua ) 2 LB dt

(2-32)

由上式得： dik 6U 2 5 s in( t ) d t 2X B 6 进而得出：ik t5 6

(2-33)

6U 2 6U 2 5 5 sin( t )d( t ) [cos cos( t )] 2X B 6 2X B 6

(2-34)

2.3

变压器漏感对整流电路的影响时， ik I d ,于是 (2-35) (2-36)

5 当 t 6Id

6U 2 [cos cos( )] 2X B

cos cos( )

2X BId 6U 2

随其它参数变化的规律： (1) Id越大则 越大； (2) XB越大 越大； (3)当 ≤90 时， 越小 越大。

2.3

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：(1) 出现换相重叠角 ,整流输出电压平均值Ud降低。 (2) 整流电路的工作状态增多； (3) 晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。

(4) 换相

时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt,可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。 (5) 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。

2.4

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在交—直—交变频器、不间断电源、开关电源、微机、电视 机等家电产品中等应用场合中，大量应用

1. 工作原理及波形分析id VD1 i2 u1 u2 VD2 VD3 i,ud iC iR C R 0 i ud

ud +

2

t

VD4

b)

a)

图2-26 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形 a) 电路 b) 波形(注i2与i相同)

2.4.1

电容滤波的单相不可控整流电路

基本工作过程：电容C向R放电，提供负载所需电流 至 t=0之后，u2将要超过ud,使得VD1和VD4开通，ud=u2,交

在u2 正半周过零点至 t=0期间，因u2<ud,故二极管均不导通，

流电源向电容充电，同时向负载R供电

详细分析(关键在于求出 和 )

u2 2U 2 sin( t ) ud (0) 2U 2 s in 1 t ud (0) C 0 iC dt u 2

(2-37)

(2-38)

式中，ud(0)为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值。

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(图2-28) 1)输出电压平均值 整流电压平均值Ud可根据前述波形及有关计算公式推导得出，但 推导繁琐。空载时， 。重载时，Ud逐渐趋 U d 2U 2 近于0.9U2,即趋近于接近电阻负载时的特性。 通常在设计时根据负载的情况选择电容C值，使

RC (3 ~ 5)T / 2T为交流电源的周期，此时输出电压为： U ≈1.2 U d 2 (2-46)

2)电流平均值 输出电流平均值IR为：IR = Ud /RId =IR 二极管电流iD平均值为： ID = Id / 2=IR/ 2

(2-47) (2-48) (2-49)

3)二极管承受的电压： 2U 2

2.5

整流电路的谐波和功率因数

许多电力电子装置要消耗无功功率，会对公用电 网带来不利影响； 电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危 害； 许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，或 由权威机构制定限制谐波的规定。国家标准 (GB/T14549-93)《电能质量公用电网谐波》 从1994年3月1日起开始实施。

说明： 参考书：吴竞昌，供电系统谐波，中国电 力出版社，1998年 谐波含义：国际上公认的谐波的含义： “谐波是一个周期电气量的正弦波分量， 其频率为基波频率的整倍数”。

电力电子装置消耗无功功率对公用电 网带来不利影响 无功功率会导致电流增大和视在功率增加， 导致设备容量增加。 无功功率增加，会导致总电流增加，从而 使设备和线路的损耗增加。 使线路压降增大，冲击性无功负载还会使 电压剧烈波动。

电力电子装置产生的谐波对公用电网

产生危害 谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降 低发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐 波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。 谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发 生机械振动、噪音和过热，使变压器局部严重 过热，使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老 化、寿命缩短以至损坏。

电力电子装置产生的谐波对公用电网 产生危害 谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振， 从而使谐波放大，会使上述1)和2)两项的危 害大大增加，甚至引起严重事故。 谐波会导致继电保护和自动装臵的误动作，并 使电气测量仪表计量不准确。谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生 噪声，降低通信质量，导致信息丢失，使通信 系统无法正常工作

2.6

大功率可控整流电路

2.6.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路电解电镀等工业中应用：低电压大电流(例如几十伏，几千 至几万安)可调直流电源

T a b c

iP n2 a' b' c' u d

n

LP n1 L R

VT5

VT3

VT1

VT4

VT6

VT2id

图2-35 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路