第三章整流電路學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第三章整流第三章整流(zhngli)電路電路第一頁，共112頁。3.1第1頁/共112頁第二頁，共112頁。第2頁/共112頁第三頁，共112頁。圖3-1 單相半波(bn b)可控整流電路及波形TVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2pwtwtwtwtu2uguduVTaq0b)c)d)e)00第3頁/共112頁第四頁，共112頁。第4頁/共112頁第五頁，共112頁。第5頁/共112頁第六頁，共112頁。（2）整流(zhngli)輸出直流電流平均值Id Id=Ud/R=0.45U2(1+Cos)/2R（3）流過晶閘管的電流有效值IT和變壓器副邊電流有效值I2 i2=1.414U

2、2*Sint/R故有效值： 2papap wwppa-+=2sin41) (/R)sin2(212 22U t dtUI2第6頁/共112頁第七頁，共112頁。 當(dāng)控制角=0時(shí)，I2=1.57Id,波形系數(shù)(xsh)Kf=隨增大而迅速增大。當(dāng)增大時(shí)，可控硅導(dǎo)通角下降，導(dǎo)致負(fù)載上直流脈動(dòng)電流 波形變差，從而使電流有效值比平均值大得多。 第7頁/共112頁第八頁，共112頁。由上式可見由上式可見(kjin)(kjin)：當(dāng)：當(dāng)=0=0時(shí)，時(shí)，Cos=0.707; Cos=0.707; 當(dāng)當(dāng)=時(shí)，時(shí)，Cos=0Cos=0思考題：為什么負(fù)載是電阻性的，而思考題：為什么負(fù)載是電阻性的，而=0=0時(shí)，時(shí)，

3、Cos1Cos1？2papapwwppa-+=2sin41)()sin2(21222UtdtUU式中U為負(fù)載(fzi)R上的電壓有效值電源視在功率電源視在功率S=U2*I2 222UIRIP=papapf22sin41cos222-+=IUUISP（5）最大正反向電壓：）最大正反向電壓：22U（6）移相范圍）移相范圍 0第8頁/共112頁第九頁，共112頁。 圖3-2 帶阻感負(fù)載的 單相半波電路(dinl)及其波形a)u1TVTRLu2uVTudidu20wt1p2pwtwtwtwtwtug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +第9頁/共112頁第十頁，共112頁。第10頁/

4、共112頁第十一頁，共112頁。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(chy)關(guān)斷狀態(tài) b)VT處于(chy)導(dǎo)通狀態(tài) a)b)VTRLVTRLu2u2電力電子電路的一種基本分析方法通過器件的理想化，將電路簡化為分段線性電路。器件的每種狀態(tài)對(duì)應(yīng)于一種線性電路拓?fù)?。?1頁/共112頁第十二頁，共112頁。VTb)RLu2b) VT處于(chy)導(dǎo)通狀態(tài)tURitiLwsin2dd2dd=+（3-2）)sin()sin(tanaqaq-+=-e（3-4）初始條件：t= a ，id=0。求解式（3-2）并將初始條件代入可得當(dāng)t=+a 時(shí)，id=0，代入式（2-3）并整理得

5、)sin(2)sin(22)(2dwaaww-+-=-tZUeZUitLR（3-3）22)( LRZw+=RLwarctan=其中 ，第12頁/共112頁第十三頁，共112頁。為避免為避免Ud太小，在整流電路的太小，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管 當(dāng)當(dāng)u2過零變負(fù)時(shí)，過零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，導(dǎo)通，ud為零。此時(shí)為負(fù)的為零。此時(shí)為負(fù)的u2通過通過VDR向向VT施加反壓使其關(guān)斷，施加反壓使其關(guān)斷，L儲(chǔ)存儲(chǔ)存(chcn)的能量保證了電流的能量保證了電流id在在L-R-VDR回路中流通，此過程通回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。續(xù)流期間常稱為續(xù)流。續(xù)流期間ud為零，為零，ud中

6、不再出現(xiàn)負(fù)的部分。中不再出現(xiàn)負(fù)的部分。a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRiVDR第13頁/共112頁第十四頁，共112頁。 第14頁/共112頁第十五頁，共112頁。單相半波單相半波(bn b)可控整流電路的特點(diǎn)可控整流電路的特點(diǎn)第15頁/共112頁第十六頁，共112頁。動(dòng)兩次，雙脈波電路動(dòng)兩次，雙脈波電路(dinl)。變壓器二次繞組電流直流分變壓器二次繞組電流直流分量為零。量為零。圖3-5 單相橋式全控帶電阻負(fù)載時(shí)的電路(dinl)及波形RTpu1u2a)i2abVT

7、1VT3VT2VT4udidwtwtwt000i2udidb)c)d)ud(id)aauVT1,4第16頁/共112頁第十七頁，共112頁。2.2（3-10）（3-11）+=+=paaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos12222aap+=+=RURURUIdd2cos145.0212a+=RUIIddVT第17頁/共112頁第十八頁，共112頁。(3)流過晶閘管的電流流過晶閘管的電流(dinli)有效值：有效值：(4)變壓器二次測電流變壓器二次測電流(dinli)有效值有效值I2與輸出直流電流與輸出直流電流(dinli

8、)I有效值相等：有效值相等：(5)由式（由式（3-12）和式（）和式（3-13）不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量 S=U2I2。 （3-12）（3-13）（3-14）papapwwppa-+=2sin212)(d)sin2(21222VTRUttRUIpapapwwppa-+=2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIII21VT=第18頁/共112頁第十九頁，共112頁。(6)整流輸出(shch)負(fù)載上電壓有效值（7）功率因數(shù)(n l yn sh)COS同半波電路相比，橋式整流電路的功率因數(shù)(n l yn sh)增加了（8）可控硅所承

9、受的最大正反向電壓可控硅所承受的最大正反向電壓: 可控硅所承受的最大反向電壓 可控硅所承受的最大正向電壓papapf-+=2sin21cos22IUUISPpapapwwppa-+=2sin21)()sin2(1222UtdtUU22U222U2（9）移相范圍 0第19頁/共112頁第二十頁，共112頁。圖3-6 單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路(dinl)及波形 TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4第20頁/共112頁第二十一頁，共112頁。2 ddT707

10、. 021III=ddT21II=+=apaaapwwpcos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUU移相范圍移相范圍(fnwi) 0/2第21頁/共112頁第二十二頁，共112頁。圖3-7 單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢電阻(dinz)負(fù)載時(shí)的電路及波形 a)b)REidudidOEudwtIdOwta q d212sinUE-=dREui-=dd第22頁/共112頁第二十三頁，共112頁。b)idOEudwtIdOwtaqd圖3-7b 單相橋式全控整流電路(dinl)接反電動(dòng)勢電阻負(fù)載時(shí)的波形 電流電流(dinli)斷續(xù)斷續(xù)電流連電流連續(xù)續(xù)為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖

11、有足夠的寬度，保證當(dāng)w wt=d d時(shí)刻有晶閘管開始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為d d。 如圖圖3-7b3-7b所示id波形所示：2.2第23頁/共112頁第二十四頁，共112頁。圖3-8 單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)(linx)的臨界情況2.2Oud0Eidwtwtpdaq =pdmin23dmin21087.222IUIUL-=pw第24頁/共112頁第二十五頁，共112頁。單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入(shr)端看均是基本一致的。變壓器不存在直流磁化的問題。圖3-10 單相全波可控整流電路及波形a)wtwab)ud

12、i1OOt第25頁/共112頁第二十六頁，共112頁。單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，材料(cilio)的消耗多。單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，門極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)；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(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因而管壓降也少1個(gè)。從上述后兩點(diǎn)考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。第26頁/共112頁第二十七頁，共112頁。 圖3-11 單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載(fzi)時(shí)的電路及波形2.3a)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdI

13、dIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR第27頁/共112頁第二十八頁，共112頁。2.3第28頁/共112頁第二十九頁，共112頁。2.3第29頁/共112頁第三十頁，共112頁。圖3-12 單相橋式半控整流(zhngli)電路的另一接法2.3負(fù)載Tu2VD3VD4VT1VT2第30頁/共112頁第三十一頁，共112頁。第31頁/共112頁第三十二頁，共112頁。第32頁/共112頁第三十三頁，共112頁。VT1aoUaoUd3-1Ld第33頁/共112頁第三十四頁，共112頁。不變，Rd的端電壓Ud仍為正向。c.等效電路的直線性：假定開關(guān)元

14、件具有理想的輸出特性如圖，則電路為線性，因此各種線性電路的分析方法適用。IAUAK第34頁/共112頁第三十五頁，共112頁。第35頁/共112頁第三十六頁，共112頁。3.21.交流側(cè)由三相電源供電交流側(cè)由三相電源供電(n din)2.2. 負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、3. 易濾波時(shí)用。易濾波時(shí)用。4. 基本的三相半波可控整流電路，基本的三相半波可控整流電路， 三相橋式三相橋式5. 全控整流電路應(yīng)用最廣全控整流電路應(yīng)用最廣 。第36頁/共112頁第三十七頁，共112頁。圖3-13 三相(sn xin)半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電路及

15、a =0時(shí)的波形 a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt第37頁/共112頁第三十八頁，共112頁。圖3-13 三相半波可控整流電路共陰極接法電阻(dinz)負(fù)載時(shí)的電路及a =0時(shí)的波形 a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt第38頁/共112頁第三十九頁，共112頁。第39頁/共112頁第四十頁，共112頁。分段表達(dá)式分段表達(dá)式: u

16、c uac 0300 VT3通通 ua 0 301500 VT1通通 ud= uVT1= ub uab 1502700 VT2通通 uc uac 2703600 VT3通通=30時(shí)的波形（圖時(shí)的波形（圖2-13 ） 負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)。負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)。=60的情況的情況(qngkung)（圖（圖2-14 ） 特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120 。 uc uac 0-60 0 ua 60-90 ua 0 90-180 ud= 0 uVT1= ua 180-210 ub uab 210-300 0 ua 300-3

17、30 uc uac 330-360第40頁/共112頁第四十一頁，共112頁。a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt第41頁/共112頁第四十二頁，共112頁。a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac第42頁/共112頁第四十三頁，共112頁。wtwtwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1第43頁/共112頁第四十四頁，共112頁。 綜上所述:三相零式電路在電阻性負(fù)載時(shí),在每個(gè)電源周

18、期,負(fù)載上的電壓和電流由三相輪流(lnli)供給,三相晶閘管輪流(lnli)導(dǎo)通.當(dāng)300 時(shí),負(fù)載電流斷續(xù),晶閘管導(dǎo)通角1200移相范圍為01500晶閘管所承受的最大正向電壓為 , 最大反向電壓 22U26U第44頁/共112頁第四十五頁，共112頁。（3-18）(3-19)aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUU=+d+=+=+)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262dapappwwppapUttdUU2d0d17.1UUU=第45頁/共112頁第四十六頁，共112頁。圖3-16 三相半波可控整流電路Ud/U2

19、隨a變化的關(guān)系1電阻負(fù)載(fzi) 2電感負(fù)載(fzi) 3電阻電感負(fù)載(fzi)03060901201501.17321a/( )Ud/U2第46頁/共112頁第四十七頁，共112頁。RUIdd=appwwpaa2cos433(212)()sin2(2221503022+=+RUtdtRUIIVT第47頁/共112頁第四十八頁，共112頁。圖3-17 三相(sn xin)半波可控整流電路，阻感負(fù)載時(shí)的電路及a =60時(shí)的波形abcTRLu2udeLidVT1VT2VT3udiauaubucibiciduacuabuacOwtOwtOwtOwtOwtOwtauVT1第48頁/

20、共112頁第四十九頁，共112頁。圖3-16 三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的關(guān)系1電阻(dinz)負(fù)載 2電感負(fù)載 3電阻(dinz)電感負(fù)載03060901201501.17321a/( )Ud/U2aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUU=+d第49頁/共112頁第五十頁，共112頁。（3-25）ddVT2577. 031IIII=dVTVT(AV)368. 057. 1III=2245. 26UUUU=RMFM第50頁/共112頁第五十一頁，共112頁。共陰極組共陰極組陰極連陰極連接接(linji)在一起的在一

21、起的3個(gè)晶閘管（個(gè)晶閘管（VT1，VT3，VT5）共陽極組共陽極組陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2）圖3-18 三相橋式全控整流電路原理圖導(dǎo)通順序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6bacTn負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1第51頁/共112頁第五十二頁，共112頁。u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OwtOwtOwtOwta = 0iVT1uVT1bacTn負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1第5

22、2頁/共112頁第五十三頁，共112頁。第53頁/共112頁第五十四頁，共112頁。時(shí) 段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)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 請(qǐng)參照(cnzho)圖319第54頁/共112頁第五十五頁，共112頁。圖圖3-20三相橋式全控整流三相橋式全控整流(zhngli)電路電路帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載a=30時(shí)的波形時(shí)的波形ud1ud2a = 30iaOwtOwtOwtOwtuduab

23、uacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1第55頁/共112頁第五十六頁，共112頁。圖圖3 3-21a = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOwtwt1OwtOwtuVT1第56頁/共112頁第五十七頁，共112頁。圖圖3-22ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1第57頁/共112頁第五十八頁，共112頁。VT6的順序，相位依次的順序，相

24、位依次(yc)差差60。共陰極組共陰極組VT1、VT3、VT5的的脈沖依次脈沖依次(yc)差差120，共陽，共陽極組極組VT4、VT6、VT2也依次也依次(yc)差差120。同一相的上下兩個(gè)橋臂，即同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與與VT4，VT3與與VT6，VT5與與VT2，脈沖相差，脈沖相差180。第58頁/共112頁第五十九頁，共112頁。（5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同(xin tn)，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同(xintn)。第59頁/共112頁第六十頁，共112頁。主要(zhyo)包括第60頁/共112頁第六十一頁，共112頁。圖圖3-23ud1u2ud2u2L

25、udidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1第61頁/共112頁第六十二頁，共112頁。圖圖3-24ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc第62頁/共112頁第六十三頁，共112頁。圖圖3-25a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1第63頁/共112頁第六十四頁，共112頁。（3-26）（3-27）awwpapapcos34.2)(sin

26、63123232dUttdUU=+=+)3cos(134.2)(sin63232dapwwppapUttdUU第64頁/共112頁第六十五頁，共112頁。（3-28） 晶閘管電壓(diny)、電流等的定量分析與三相半波時(shí)一致。 三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負(fù)載時(shí)，在負(fù)載電感足夠大足以使負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓(diny)、電流波形均相同，僅在計(jì)算Id時(shí)有所不同，接反電勢阻感負(fù)載時(shí)的Id為：（3-29）式中R和E分別為負(fù)載(fzi)中的電阻值和反電動(dòng)勢的值。ddddIIIII816. 03232)(3221222=-+=pppREUI-=dd第65

27、頁/共112頁第六十六頁，共112頁。電容電容(dinrng)(dinrng)濾波的不可控整流電濾波的不可控整流電路路 電容濾波的單相不可控整流電容濾波的單相不可控整流(zhngli)(zhngli)電電路路 電容濾波的三相不可控整流電容濾波的三相不可控整流(zhngli)(zhngli)電電路路3.4第66頁/共112頁第六十七頁，共112頁。 在交直交變頻器、不間斷電源(dinyun)、開關(guān)電源(dinyun)等應(yīng)用場合中，大量應(yīng)用。 最常用的是單相橋和三相橋兩種接法。 由于電路中的電力電子器件采用整流二極管，故也稱這類電路為二極管整流電路。電容濾波的不可控整流電容濾波的不可控整流(zhn

28、gli)(zhngli)電路電路3.4第67頁/共112頁第六十八頁，共112頁。電容濾波的單相不可控整流電容濾波的單相不可控整流(zhngli)(zhngli)電路電路 常用于小功率單相交流輸入的場合，如目前大量普及(pj)的微機(jī)、電視機(jī)等家電產(chǎn)品中。 1. 工作原理工作原理(yunl)及波形分析及波形分析圖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) 波形基本工作過程：基本工作過程： 在u2正半周過零點(diǎn)至w wt=0期間，因u2ud，故二極管均不導(dǎo)通，電容C向R放電，提供負(fù)載所需電流。 至w wt=0之后，u2將要超過ud，使得VD1和VD4開通，ud=u2，交流

29、電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電。a)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRudb)0iudqdp2pwti,ud第68頁/共112頁第六十九頁，共112頁。詳細(xì)分析（）將u2代入并求解(qi ji)得：而負(fù)載(fzi)電流為：于是(ysh)（3-37）（3-38）（3-39）（3-40）（3-41）電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路)sin(222dw+=tUu=+=20Cd2d1)0(sin2)0(udtiCuUutd)sin(222Rdw+=tRURui)sin(2)cos(222RCddwdww+=+=tRUtCUiii)cos(22Cdww+=t

30、CUi第69頁/共112頁第七十頁，共112頁。由上述推導(dǎo)過程(guchng)，已經(jīng)求得： 設(shè)VD1和VD4的導(dǎo)通角為q，則當(dāng)w wt= q q 時(shí)，VD1和VD4關(guān)斷。將id (q q ) = 0代入式（2-41），得： 二極管導(dǎo)通后u2開始向C充電時(shí)的ud與二極管關(guān)斷后C放電(fng din)結(jié)束時(shí)的ud相等。 注意(zh y)到d +q 為第2象限的角，由式（3-42）和（3-43）（3-41）（3-42）（3-43）電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路（3-44）（3-45）)sin(2)cos(222RCddwdww+=+=tRUtCUiiidwwwdwwsin1

31、)()arctan(2=+-RCRCRCeeRCRCddqwqpsin2)sin(222UeURC=+-)arctan(RCwdqp+=-RCwdq-=+)(tan第70頁/共112頁第七十一頁，共112頁。 在wRC已知時(shí)，即可由式（3-45）求出d ，進(jìn)而(jn r)由式（2-44）求出q 。顯然d 和q 僅由乘積wRC決定。圖2-27給出了根據(jù)(gnj)以上兩式求得的d 和q 角隨wRC變化的曲線圖3-29 d、q 與wRC的關(guān)系(gun x)曲線 電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路（3-44）)arctan(RCwdqp+=-（3-45）0102030405060

32、qdwRC /radp /6p /3p /22 p /35 p /6pd,q /raddwwwdwwsin1)()arctan(2=+-RCRCRCeeRCRC第71頁/共112頁第七十二頁，共112頁。 二極管VD1和VD4關(guān)斷的時(shí)刻，即wt達(dá)到q 的時(shí)刻，還可用另一種方法確定： VD1和VD4的關(guān)斷時(shí)刻，從物理意義上講，就是兩個(gè)電壓下降速度相等的時(shí)刻。 一個(gè)(y )是電源電壓的下降速度|du2 /d(w t)|， 另一個(gè)(y )是假設(shè)二極管VD1和VD4關(guān)斷而電容開始單獨(dú)向電阻放電時(shí)電壓的下降速度|dud /d(w t)| p（下標(biāo)表示假設(shè)）。電容電容(dinrng)(dinrng)濾波的

33、單相不可控整流電路濾波的單相不可控整流電路第72頁/共112頁第七十三頁，共112頁。2.主要的數(shù)量關(guān)系主要的數(shù)量關(guān)系1）輸出電壓平均值）輸出電壓平均值 整流電壓平均值整流電壓平均值Ud可根據(jù)前述波形及有關(guān)計(jì)算公可根據(jù)前述波形及有關(guān)計(jì)算公式推導(dǎo)得出，但推導(dǎo)繁瑣。式推導(dǎo)得出，但推導(dǎo)繁瑣。 空載時(shí)，空載時(shí)， 。 重載時(shí)，重載時(shí)，Ud逐漸趨近于逐漸趨近于0.9U2，即趨近于接近電，即趨近于接近電阻負(fù)載時(shí)的特性。阻負(fù)載時(shí)的特性。 通常通常(tngchng)在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)載的情況選擇在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)載的情況選擇電容電容C值，使值，使 ，T為交流電源的周期，此時(shí)輸出為交流電源的周期，此時(shí)輸出電壓為：電壓為：

34、 Ud1.2 U22）電流平均值）電流平均值 輸出電流平均值輸出電流平均值IR為：為： IR = Ud /R Id =IR 二極管電流二極管電流iD平均值為：平均值為： ID = Id / 2=IR/ 23）二極管承受的反向最大電壓）二極管承受的反向最大電壓 電容電容(dinrng)(dinrng)濾波的單相不可控整流電路濾波的單相不可控整流電路（3-46）（3-47）（3-48）（3-49）2/) 53(TRC 22U2d2UU =第73頁/共112頁第七十四頁，共112頁。 感容濾波的二極管整流電路感容濾波的二極管整流電路(dinl) 實(shí)際應(yīng)為此情況，但分析復(fù)雜。實(shí)際應(yīng)為此情況，但分析復(fù)雜

35、。 ud波形更平直，電流波形更平直，電流i2的上升段平緩了許的上升段平緩了許多，這對(duì)于電路多，這對(duì)于電路(dinl)的工作是有利的的工作是有利的。圖3-31 感容濾波(lb)的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a） 電路圖 b）波形電容濾波電容濾波(lb)(lb)的單相不可控整流電路的單相不可控整流電路a)b)-+RCL+u1u2i2uduLidiCiRVD2VD4VD1VD3u2udi20dqpwti2,u2,ud第74頁/共112頁第七十五頁，共112頁。電容濾波電容濾波(lb)(lb)的三相不可控整流電路的三相不可控整流電路1. 基本原理基本原理某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓等于交流側(cè)線電

36、壓某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)，該線電壓既向電容中最大的一個(gè)，該線電壓既向電容(dinrng)供供電，也向負(fù)載供電。電，也向負(fù)載供電。 當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容(dinrng)向負(fù)載放向負(fù)載放電，電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。按指數(shù)規(guī)律下降。圖3-32 電容(dinrng)濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形 導(dǎo)通順序: VD6,VD1-VD1,VD2-VD2,VD3-VD3,VD4-VD4,VD5VD5,VD6a)+abcTiaRCudidiCiRVD4VD6VD1VD3VD5VD2b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt第75

37、頁/共112頁第七十六頁，共112頁。由 “電壓下降速度相等”的原則(yunz)，可以確定臨界條件。假設(shè)在wt+d =2p/3的時(shí)刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有圖3-33電容(dinrng)濾波的三相橋式整流電路當(dāng)wRC等于和小于 時(shí)的電流波形 a）wRC=b）wRC 電流id 斷續(xù)和連續(xù)的臨界(ln ji)條件wRC=3由上式可得在輕載時(shí)直流側(cè)獲得的充電電流是斷續(xù)的，重載時(shí)是連續(xù)的，分界點(diǎn)就是R= /w wC。（3-50）電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路a)b)wtwtwtwtiaidiaidOOOO32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d

38、)(d)+tsin(6dpdwdpwwpdwwpwqw=-eUtU3333第76頁/共112頁第七十七頁，共112頁。 考慮實(shí)際電路中存在(cnzi)的交流側(cè)電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)的電感時(shí)的工作情況： 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(fù)載的加重，電流波形與電阻負(fù)載時(shí)的交流側(cè)電流波形逐漸接近。圖3-34 考慮電感時(shí)電容濾波的三相橋式整流電路(dinl)及其波形 a）電路(dinl)原理圖 b）輕載時(shí)的交流側(cè)電流波形 c）重載時(shí)的交流側(cè)電流波形電容濾波的三相電容濾波的三相(sn xin)(sn xin)不可控整流電不可控整流電路路a)b)c)+abcTiaRCudidi

39、CiRVD4VD6VD1VD3VD5VD2iaiaOOwtwt第77頁/共112頁第七十八頁，共112頁。2. 主要主要(zhyo)數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系 1）輸出電壓平均值）輸出電壓平均值 Ud在（在（2.34U2 2.45U2）之間變化）之間變化 2）電流平均值）電流平均值 輸出電流平均值輸出電流平均值IR為：為： IR = Ud /R （3-51） 與單相電路情況一樣，電容電流與單相電路情況一樣，電容電流iC平均值為平均值為零，零， Id =IR （ 3-52） 二極管電流平均值為二極管電流平均值為Id的的1/3，即：，即： I D = I d / 3 = I R / 3 （3-53） 3）二

40、極管承受的電壓）二極管承受的電壓 二極管承受的最大反向電壓為線電壓的峰值二極管承受的最大反向電壓為線電壓的峰值，為，為 。 電容電容(dinrng)(dinrng)濾波的三相不可控整流電濾波的三相不可控整流電路路26U第78頁/共112頁第七十九頁，共112頁。整流整流(zhngli)電路特性比較一覽表電路特性比較一覽表項(xiàng)目名稱單相半控單相橋式全控三相零式可控單相電容濾波三相電容濾波負(fù)載性電阻阻感（繼流）電阻阻感連續(xù)阻感移相范圍0000/205/60/2晶閘管導(dǎo)通角-a-a-a150a2/3整流輸出電壓0.45U2*(1+cosa)/20.45U2*(1+cosa)/20.9U2(1+cosa

41、)/20.9U2cosaa=/61.17U2cosa=2/3/6a1500.675U21+cos(30+a)=5/6 a1.17U2cosa0.9U2 2U22.34U22.45U2電流特性斷續(xù)連續(xù)斷續(xù)連續(xù)a30斷續(xù)連續(xù)開關(guān)器件承受電壓2U22U2正向2U2/2反向2U22U2正向2U2反向6U26U22U26U2第79頁/共112頁第八十頁，共112頁。3.5 3.5 整流電路整流電路(dinl)(dinl)的諧波和功率的諧波和功率因數(shù)因數(shù)第80頁/共112頁第八十一頁，共112頁。無功的危害：電流和視在功率(sh zi n l)增加，導(dǎo)致設(shè)備容量增加。總電流增加，使設(shè)備和線路的損耗增加。線

42、路壓降增大，沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動(dòng)。諧波的危害：降低設(shè)備的效率，3次諧波流過中心線使線路過熱或火災(zāi)。影響用電設(shè)備的正常工作，使電機(jī)機(jī)械震動(dòng)、噪聲、過熱。引起電網(wǎng)局部的并聯(lián)、串聯(lián)諧振，使諧波放大，加劇危害。導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，電氣測量儀表不準(zhǔn)確。對(duì)通信系統(tǒng)造成干擾：噪聲、降低質(zhì)量、信息丟失。第81頁/共112頁第八十二頁，共112頁。對(duì)于非正弦波電壓，滿足(mnz)狄里赫利條件，可分解為傅里葉級(jí)數(shù)：n次諧波電流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示 （3-57）電流諧波總畸變率THDi（Total Harmonic distortion）定義為 （3-5

43、8）%1001=IIHRInn%1001=IITHDhi正弦波電壓可表示為：)sin(2)(utUtuw+=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)比第82頁/共112頁第八十三頁，共112頁。正弦(zhngxin)電路中的情況電路的有功功率有功功率就是其平均功率平均功率：=pwp20cos)(21UItuidP（3-59）視在功率視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI （3-60）無功功率無功功率定義為： Q=U I sin （3-61）功率因數(shù)功率因數(shù)l 定義為有功功率P和視在功率S的比值：SP=l（3-6

44、2） 此時(shí)無功功率Q與有功功率P、視在功率S之間有如下關(guān)系：222QPS+=（3-63）功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差 決定的：l l =cos （3-64）第83頁/共112頁第八十四頁，共112頁。 諧波諧波(xi b)(xi b)和無功功率分析基礎(chǔ)和無功功率分析基礎(chǔ) 非正弦電路中的情況有功功率、視在功率、功率因數(shù)(n l yn sh)的定義均和正弦電路相同，功率因數(shù)(n l yn sh)仍由式（2-62）定義。公用電網(wǎng)中，通常電壓的波形畸變很小，而電流波形的畸變可能很大。因此，不考慮電壓畸變，研究電壓波形為正弦波、電流波形為非正弦波的情況有很大的實(shí)際意義。設(shè)正弦波電壓有效值為U，畸變電流

45、有效值為I，基波電流有效值及與電壓的相位差分別為I1和j 1。這時(shí)有功功率為：P=U I1 cosj1 （3-65） 功率因數(shù)(n l yn sh)為： （3-66） 11111coscoscosl=IIUIUISP第84頁/共112頁第八十五頁，共112頁。諧波諧波(xi b)(xi b)和無功功率分析基礎(chǔ)和無功功率分析基礎(chǔ)基波因數(shù)基波因數(shù)n =I1 / I，即基波電流有效值和總電流有效值之，即基波電流有效值和總電流有效值之比比位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）cosj 1非正弦電路的無功功率非正弦電路的無功功率定義很多，但尚無被廣泛接受的科學(xué)而權(quán)威的定義定義很多，但尚無被廣泛

46、接受的科學(xué)而權(quán)威的定義一種簡單的定義是仿照式（一種簡單的定義是仿照式（2-63）給出的：）給出的： （3-67） 這樣定義的無功功率這樣定義的無功功率Q反映了能量的流動(dòng)和交換，目前被較廣反映了能量的流動(dòng)和交換，目前被較廣泛的接受，但該定義對(duì)無功功率的描述泛的接受，但該定義對(duì)無功功率的描述(mio sh)很粗糙。很粗糙。 22PSQ-=第85頁/共112頁第八十六頁，共112頁。諧波和無功功率分析諧波和無功功率分析(fnx)(fnx)基礎(chǔ)基礎(chǔ)也可仿照(fngzho)式（2-61）定義無功功率，為和式（2-67）區(qū)別，采用符號(hào)Qf，忽略電壓中的諧波時(shí)有：Q f =U I 1 sinj 1 在非正弦

47、情況下， ，因此引入畸變功率D，使得： （3-68） （3-69）比較式（2-67）和（2-69），可得： （3-70）忽略電壓諧波時(shí) （3-71）這種情況下，Q f為由基波電流所產(chǎn)生的無功功率，D是諧波電流產(chǎn)生的無功功率。222fQPS+2222DQPSf+=222DQQf+=-=22222nnfIUQPSD第86頁/共112頁第八十七頁，共112頁。忽略換相過程和電流脈動(dòng)，帶阻感負(fù)載(fzi)，直流電感L為足夠大（電流i2的波形見圖2-6）i2Owtd=+=LLL,5,3,1,5,3,12sin2sin14)5sin513sin31(sin4nnntnItnnItttIiwwpwwwpdd

48、（3-72）變壓器二次側(cè)電流諧波分析：pnIInd22=n=1,3,5,（3-73） 電流中僅含奇次諧波。 各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。第87頁/共112頁第八十八頁，共112頁。d122IIp=p=II12 209 .aapllcos9.0cos22cos111=IIalcoscos11=（3-77） 功率因數(shù)功率因數(shù)(n l yn sh)計(jì)算計(jì)算第88頁/共112頁第八十九頁，共112頁。圖3-25 三相橋式全控整流電路(dinl)帶阻感負(fù)載a=30時(shí)的波形阻感負(fù)載，忽略換相過程和電流脈動(dòng)，直流電感L為足夠大。以a a =30為例，此時(shí)，電流為正負(fù)

49、半周各120的方波，其有效值與直流電流的關(guān)系為：d32II =（3-78）tud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuac wtOwOwtOwtOidiawt1uaubucd32II =（2-78）第89頁/共112頁第九十頁，共112頁。電流(dinli)基波和各次諧波有效值分別為=,3,2,1,16,66dd1kknInIIInpp（3-80）電流中僅含6k1（k為正整數(shù)）次諧波。各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。功率因數(shù)計(jì)算功率因數(shù)計(jì)算基波因數(shù)：955.031=pII（3-81）位移因數(shù)仍為：alcoscos11=（3-8

50、2）功率因數(shù)為：aapllcos955.0cos3cos111=II（3-83）第90頁/共112頁第九十一頁，共112頁。電容電容(dinrng)(dinrng)濾波的不可控整流電路交流側(cè)濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析諧波和功率因數(shù)分析 關(guān)于功率因數(shù)關(guān)于功率因數(shù)(ynsh)的結(jié)論如下：的結(jié)論如下： （1）通常位移因數(shù)）通常位移因數(shù)(ynsh)是滯后的，并且是滯后的，并且隨負(fù)載加重（隨負(fù)載加重（wRC 減?。蟮慕嵌仍龃螅S濾波電感加減?。蟮慕嵌仍龃螅S濾波電感加大滯后的大滯后的 角度也增大。角度也增大。 （2）由于諧波的大小受負(fù)載大?。ǎ┯捎谥C波的大小受負(fù)載大?。╳RC）

51、的影響，隨的影響，隨 wRC增大，諧波增大，而基波減小，增大，諧波增大，而基波減小，也就使基波也就使基波 因數(shù)因數(shù)(ynsh)減小，使得總的功率因數(shù)減小，使得總的功率因數(shù)(ynsh)降低。同時(shí)，諧波降低。同時(shí)，諧波 受濾波電感的影響，濾波電感越大，受濾波電感的影響，濾波電感越大，諧波越小，諧波越小， 基波因數(shù)基波因數(shù)(ynsh)越大，總功率因數(shù)越大，總功率因數(shù)(ynsh)越大。越大。電容濾波的單相不可控整流電路交流側(cè)諧波組成有如下規(guī)律(gul)： 諧波次數(shù)為奇次。 諧波次數(shù)越高，諧波幅值越小。 諧波與基波的關(guān)系是不固定的。 wRC增大，諧波增大，而基波減小， 越大，則諧波越小。LCw第91頁/

52、共112頁第九十二頁，共112頁。功率因數(shù)和THD1.功率因數(shù)PF=（power factor）=有功功率/視在功率=P/S=P/VI對(duì)于(duy)整流電路來說，其輸入電流為非正弦，其有效值為：I1，I2，In分別為基波分量(fn ling)，二次諧波，N次諧波電流有效值。設(shè)基波電流I1落后Vi相位差為 ，如圖所示：則有功功率和功率因數(shù)可表為：P=V I1 Cos ,而aacoscos11IIVIVISPPF=提高提高(t go)(t go)整流電路輸入端功率因數(shù)的方法整流電路輸入端功率因數(shù)的方法第92頁/共112頁第九十三頁，共112頁。第93頁/共112頁第九十四頁，共112頁。第94頁/

53、共112頁第九十五頁，共112頁。第95頁/共112頁第九十六頁，共112頁。第96頁/共112頁第九十七頁，共112頁。圖中：圖中：VA為電壓誤差放大器，為電壓誤差放大器，Vr為基準(zhǔn)為基準(zhǔn)(jzhn)電壓，電壓，CA為電流誤差放大器，為電流誤差放大器，M為乘法器為乘法器第97頁/共112頁第九十八頁，共112頁。功率因數(shù)校正后，輸出直流電壓升高到功率因數(shù)校正后，輸出直流電壓升高到400V，并，并且不隨輸入且不隨輸入(shr)電壓變化具有穩(wěn)壓作用。電壓變化具有穩(wěn)壓作用。第98頁/共112頁第九十九頁，共112頁。第99頁/共112頁第一百頁，共112頁。第100頁/共112頁第一百零一頁，共112頁。逆變（Invertion）把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流(zhngli)的逆過程。逆變電路把直流電逆變成交流電的電路。有源逆變電路交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。 應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速以及高壓直流輸電等。無源逆變電路變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載，將在第4章介紹。對(duì)于可控整流(zhngli)電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既工作在整流(zhngli)狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路。第10