第3章 交流-直流變換電路(含有源逆變電路)-2

1、第第3章章 交流交流-直流變換電路直流變換電路（含有源逆變電路）（含有源逆變電路） 3.8.1 單結晶體管移相觸發(fā)電路單結晶體管移相觸發(fā)電路3.8.2 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路3.8.3 集成觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路3.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相 晶閘管可控整流電路是通過改變觸發(fā)角的大小，即控制晶閘管可控整流電路是通過改變觸發(fā)角的大小，即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓的大小，常稱為觸發(fā)相控觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓的大小，常稱為觸發(fā)相控電路。電路。 一般的小功率變流器較多采用單結晶體管觸發(fā)電路；一般的小功率變流器較多采用單結晶體管觸發(fā)電路； 大、中功率

2、的變流器，對觸發(fā)電路的精度要求較高，對大、中功率的變流器，對觸發(fā)電路的精度要求較高，對輸出的觸發(fā)功率要求較大，故廣泛應用晶體管觸發(fā)電路和集輸出的觸發(fā)功率要求較大，故廣泛應用晶體管觸發(fā)電路和集成觸發(fā)電路，其中以同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路應用最多；成觸發(fā)電路，其中以同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路應用最多；此外還有同步信號為正弦波的觸發(fā)電路。此外還有同步信號為正弦波的觸發(fā)電路。 3.8.1 單結晶體管移相觸發(fā)電路單結晶體管移相觸發(fā)電路 單結晶體管觸發(fā)電路具有簡單、可靠、觸發(fā)脈沖前沿陡、單結晶體管觸發(fā)電路具有簡單、可靠、觸發(fā)脈沖前沿陡、抗干擾能力強，以及溫度補償性能好等優(yōu)點，在單相晶閘管抗干擾能力強，以及

3、溫度補償性能好等優(yōu)點，在單相晶閘管變流電路和要求不高的三相半波晶閘管變流裝置中有很多的變流電路和要求不高的三相半波晶閘管變流裝置中有很多的應用。應用。 3.8.1.1 3.8.1.1 單結晶體管單結晶體管 A 單結晶體管的結構單結晶體管的結構圖圖3-34 3-34 單結晶體管的結構、等效電路和圖形符號單結晶體管的結構、等效電路和圖形符號 3.8.1 單結晶體管移相觸發(fā)電路單結晶體管移相觸發(fā)電路 單結晶體管的兩個基極之間的電阻單結晶體管的兩個基極之間的電阻Rbb=Rb1+Rb2，正常工，正常工作時，作時，Rb1相當于一個可變電阻。相當于一個可變電阻。 PN結可等效為二極管結可等效為二極管VD。

4、單結晶體管有三個電極，只有一個單結晶體管有三個電極，只有一個PN結。結。 它是在一塊高電阻率的它是在一塊高電阻率的N型硅片上引出兩個基極型硅片上引出兩個基極B1和和B2，B1為第一基極，為第一基極，B2為第二基極。為第二基極。 在兩個基極之間摻入在兩個基極之間摻入P型雜質并引出電極，稱為發(fā)射極型雜質并引出電極，稱為發(fā)射極E。單結晶體管又稱為雙基極二極管。常用的國產單結晶體。單結晶體管又稱為雙基極二極管。常用的國產單結晶體管型號主要有管型號主要有BT31、BT33、BT35等。等。3.8.1.1 3.8.1.1 單結晶體管單結晶體管 3.8.1 單結晶體管移相觸發(fā)電路單結晶體管移相觸發(fā)電路B 單

5、結晶體管的伏安特性及主要參數(shù)單結晶體管的伏安特性及主要參數(shù)圖圖3-35 3-35 單結晶體管的伏安特性單結晶體管的伏安特性3.8.1.1 3.8.1.1 單結晶體管單結晶體管 B 單結晶體管的伏安特性及主要參數(shù)單結晶體管的伏安特性及主要參數(shù)a 截止區(qū)截止區(qū)MP段段 當開關當開關S閉合，電壓閉合，電壓Ubb通過單結晶體管等效電通過單結晶體管等效電路中的路中的Rb1和和Rb2分壓，其內部分壓，其內部A點電位點電位UA可表示為可表示為b1Abbbbb1b2RUUURR為分壓比，是單結晶體管的主要參數(shù)，為分壓比，是單結晶體管的主要參數(shù)，一般為一般為0.30.9。UeUA時，只有很小的反向漏電流。時，只

6、有很小的反向漏電流。Ue=UA時，時，Ie=0，與縱坐標交于，與縱坐標交于F處。處。Ue UA時，出現(xiàn)正向漏電流；時，出現(xiàn)正向漏電流；Ue=UP=Ubb+UD時，單結晶體管導通時，單結晶體管導通P點所對應的電壓稱為峰點電壓點所對應的電壓稱為峰點電壓UP，所對應的電流稱為峰點電流，所對應的電流稱為峰點電流IP。3.8.1.1 3.8.1.1 單結晶體管單結晶體管 B 單結晶體管的伏安特性及主要參數(shù)單結晶體管的伏安特性及主要參數(shù)b 負阻區(qū)負阻區(qū)PV段段 當當UeUP時，等效二極管時，等效二極管VD導通，導通，Ie增增大，這時大量的空穴載流子從發(fā)射極注入大，這時大量的空穴載流子從發(fā)射極注入A點到點到

7、B1的硅片，使的硅片，使Rb1迅速減小，導致迅速減小，導致UA下降，下降，因而因而Ue也下降。也下降。UA的下降使的下降使PN結承受更大的結承受更大的正偏，引起更多的空穴載流子注入到硅片中，正偏，引起更多的空穴載流子注入到硅片中，使使Rb1進一步減小，形成更大的發(fā)射極電流進一步減小，形成更大的發(fā)射極電流Ie，這是一個強烈的正反饋過程。這是一個強烈的正反饋過程。 當當Ie增大到一定程度時，硅片中載流子的濃度趨于飽和，增大到一定程度時，硅片中載流子的濃度趨于飽和，Rb1已減小已減小至最小值，至最小值，A點的分壓點的分壓UA最小，因而最小，因而Ue也最小，到達特性曲線上的也最小，到達特性曲線上的V點

8、，點，V點稱為谷點。谷點所對應的電壓稱為谷點電壓點稱為谷點。谷點所對應的電壓稱為谷點電壓UV，所對應的電流稱為，所對應的電流稱為谷點電流谷點電流IV。這一區(qū)間稱為特性曲線的負阻區(qū)。這一區(qū)間稱為特性曲線的負阻區(qū)。 3.8.1.1 3.8.1.1 單結晶體管單結晶體管 B 單結晶體管的伏安特性及主要參數(shù)單結晶體管的伏安特性及主要參數(shù)3.8.1.1 3.8.1.1 單結晶體管單結晶體管 c 飽和區(qū)飽和區(qū)VN段段 Ie繼續(xù)增大，即空穴注入量增大，使一繼續(xù)增大，即空穴注入量增大，使一部分空穴來不及與基區(qū)的電子復合，出現(xiàn)部分空穴來不及與基區(qū)的電子復合，出現(xiàn)了空穴剩余，使了空穴剩余，使P區(qū)的空穴繼續(xù)注入?yún)^(qū)的

9、空穴繼續(xù)注入N區(qū)遇區(qū)遇到阻力，相當于到阻力，相當于Rb1變大，這時變大，這時Ue將隨將隨Ie的的增加而緩慢增加，單結晶體管又恢復了正增加而緩慢增加，單結晶體管又恢復了正阻特性，這個區(qū)域叫飽和區(qū)。阻特性，這個區(qū)域叫飽和區(qū)。 負阻區(qū)到飽和區(qū)的轉折點就是谷點負阻區(qū)到飽和區(qū)的轉折點就是谷點V。谷點電壓是單結晶體管維持導通的最小發(fā)谷點電壓是單結晶體管維持導通的最小發(fā)射極電壓，射極電壓，UeUV時，單結晶體管將重新時，單結晶體管將重新截止。截止。 改變改變Ubb，器件等效電路中的，器件等效電路中的UA和特性和特性曲線中曲線中UP=Ubb+UD也隨之改變，從而可獲也隨之改變，從而可獲得一族單結晶體管伏安特性

10、曲線。得一族單結晶體管伏安特性曲線。 B 單結晶體管的伏安特性及主要參數(shù)單結晶體管的伏安特性及主要參數(shù)3.8.1.1 3.8.1.1 單結晶體管單結晶體管 單結晶體管的主要參數(shù)有：單結晶體管的主要參數(shù)有：基極間電阻基極間電阻Rbb分壓比分壓比峰點電壓峰點電壓UP峰點電流峰點電流IP谷點電壓谷點電壓UV谷點電流谷點電流IV耗散功率等。耗散功率等。 3.8.1 單結晶體管移相觸發(fā)電路單結晶體管移相觸發(fā)電路3.8.1.2 3.8.1.2 單結晶體管觸發(fā)電路單結晶體管觸發(fā)電路 利用單結晶體管的負阻特性和電容的充放電，可以組成利用單結晶體管的負阻特性和電容的充放電，可以組成單結晶體管張弛振蕩電路。單結晶

11、體管張弛振蕩電路。圖圖3-36 3-36 單結晶體管張馳振蕩電路及波形圖單結晶體管張馳振蕩電路及波形圖 3.8.1 單結晶體管移相觸發(fā)電路單結晶體管移相觸發(fā)電路3.8.1.2 3.8.1.2 單結晶體管觸發(fā)電路單結晶體管觸發(fā)電路 單結晶體管張弛振蕩電路輸出的尖脈沖可以用來觸發(fā)晶單結晶體管張弛振蕩電路輸出的尖脈沖可以用來觸發(fā)晶閘管，但不能直接用做觸發(fā)電路。閘管，但不能直接用做觸發(fā)電路。 要想使晶閘管在電路中按給定的控制角觸發(fā)導通，輸出要想使晶閘管在電路中按給定的控制角觸發(fā)導通，輸出預定的電壓和電流，還必須解決觸發(fā)脈沖與主電路的同步問預定的電壓和電流，還必須解決觸發(fā)脈沖與主電路的同步問題。題。 單

12、結晶體管同步觸發(fā)電路由同步電路和脈沖移相與形成單結晶體管同步觸發(fā)電路由同步電路和脈沖移相與形成電路兩部分組成。電路兩部分組成。 3.8.1 單結晶體管移相觸發(fā)電路單結晶體管移相觸發(fā)電路3.8.1.2 3.8.1.2 單結晶體管觸發(fā)電路單結晶體管觸發(fā)電路 圖圖3-37 3-37 單結晶體管同步觸發(fā)電路單結晶體管同步觸發(fā)電路 3.8.1 單結晶體管移相觸發(fā)電路單結晶體管移相觸發(fā)電路3.8.1.2 3.8.1.2 單結晶體管觸發(fā)電路單結晶體管觸發(fā)電路 A 同步電路同步電路 觸發(fā)信號和電源電壓在頻率和相位觸發(fā)信號和電源電壓在頻率和相位上的相互協(xié)調關系叫同步。上的相互協(xié)調關系叫同步。 同步電路由同步變壓

13、器同步電路由同步變壓器TS、整流二、整流二極管極管VD、電阻、電阻R3及穩(wěn)壓管及穩(wěn)壓管V1組成。組成。 同步變壓器一次側與晶閘管整流電同步變壓器一次側與晶閘管整流電路接同一個電源。經穩(wěn)壓管穩(wěn)壓削波，路接同一個電源。經穩(wěn)壓管穩(wěn)壓削波，形成一個梯形波電壓，作為單結晶體管形成一個梯形波電壓，作為單結晶體管觸發(fā)電路的供電電壓。觸發(fā)電路的供電電壓。 每個梯形波正好對應電源電壓的半每個梯形波正好對應電源電壓的半個周期，梯形波電壓的零點與晶閘管陽個周期，梯形波電壓的零點與晶閘管陽極電壓過零點一致，從而實現(xiàn)觸發(fā)電路極電壓過零點一致，從而實現(xiàn)觸發(fā)電路與整流主電路的同步。與整流主電路的同步。 3.8.1 單結晶體

14、管移相觸發(fā)電路單結晶體管移相觸發(fā)電路3.8.1.2 3.8.1.2 單結晶體管觸發(fā)電路單結晶體管觸發(fā)電路 B 脈沖移相與形成電路脈沖移相與形成電路 電容電容C兩端電壓兩端電壓uc的波形在的波形在UP與與UV之間振蕩變化，形成一系列的鋸齒波。之間振蕩變化，形成一系列的鋸齒波。 電容電容C每半個周期在電源電壓過零每半個周期在電源電壓過零點處開始充電，點處開始充電，ucUP時，單結晶體管時，單結晶體管導通，在導通，在R1兩端得到很窄的尖脈沖。兩端得到很窄的尖脈沖。 電容電容C和和RP的大小決定的大小決定uc電壓從零電壓從零上升到上升到UP的時間，即觸發(fā)電路向晶閘管的時間，即觸發(fā)電路向晶閘管主電路輸出

15、觸發(fā)尖脈沖的時刻。主電路輸出觸發(fā)尖脈沖的時刻。 改變電位器改變電位器RP的阻值，即可改變首的阻值，即可改變首次出現(xiàn)尖脈沖的時刻，即改變晶閘管的次出現(xiàn)尖脈沖的時刻，即改變晶閘管的觸發(fā)時刻。觸發(fā)時刻。 3.8.1 單結晶體管移相觸發(fā)電路單結晶體管移相觸發(fā)電路3.8.1.2 3.8.1.2 單結晶體管觸發(fā)電路單結晶體管觸發(fā)電路 C 觸發(fā)電路各元件的選擇觸發(fā)電路各元件的選擇 1）充電電阻）充電電阻RP的選擇。改變充電電阻的選擇。改變充電電阻RP的大小，就可以改變張弛的大小，就可以改變張弛振蕩電路的頻率，但是頻率的調節(jié)有一定的范圍，如果充電電阻振蕩電路的頻率，但是頻率的調節(jié)有一定的范圍，如果充電電阻RP

16、選選擇不當，將使單結晶體管自激振蕩電路無法形成振蕩。擇不當，將使單結晶體管自激振蕩電路無法形成振蕩。RP的取值范圍為：的取值范圍為： VPVPRPUUUUII式中式中U觸發(fā)電路電源電壓；觸發(fā)電路電源電壓； UV單結晶體管的谷點電壓；單結晶體管的谷點電壓； IV單結晶體管的谷點電流；單結晶體管的谷點電流； UP單結晶體管的峰點電壓；單結晶體管的峰點電壓； IP單結晶體管的峰點電流。單結晶體管的峰點電流。 3.8.1 單結晶體管移相觸發(fā)電路單結晶體管移相觸發(fā)電路3.8.1.2 3.8.1.2 單結晶體管觸發(fā)電路單結晶體管觸發(fā)電路 C 觸發(fā)電路各元件的選擇觸發(fā)電路各元件的選擇 2）電阻）電阻R2的選

17、擇。電阻的選擇。電阻R2用來補償溫度對單結晶體管內部用來補償溫度對單結晶體管內部A點電點電位位UA的影響，通常取的影響，通常取200600。 3）輸出電阻）輸出電阻R1的選擇。輸出電阻的選擇。輸出電阻R1的大小將影響輸出脈沖的寬的大小將影響輸出脈沖的寬度與幅值，如果度與幅值，如果R1太小，放電太快，脈沖太窄，不易觸發(fā)晶閘管；如太小，放電太快，脈沖太窄，不易觸發(fā)晶閘管；如果果R1太大，在單結晶閘管未導通時，電流太大，在單結晶閘管未導通時，電流Ie在在R1上的壓降較大，可能上的壓降較大，可能造成晶閘管誤導通。造成晶閘管誤導通。 4）電容）電容C的選擇。電容的選擇。電容C的大小將影響脈沖的寬窄，通常

18、取的大小將影響脈沖的寬窄，通常取0.11F。 單結晶體管觸發(fā)電路只能產生窄脈沖，通常不宜用來觸發(fā)電感性負單結晶體管觸發(fā)電路只能產生窄脈沖，通常不宜用來觸發(fā)電感性負載整流電路，一般只用于觸發(fā)帶電阻性負載的小功率晶閘管整流電路。載整流電路，一般只用于觸發(fā)帶電阻性負載的小功率晶閘管整流電路。 3.8.2 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路由于采用鋸齒波同步電壓，同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路由于采用鋸齒波同步電壓，所以不受電網電壓波動的影響，電路的抗干擾能力強。所以不受電網電壓波動的影響，電路的抗干擾能力強。 鋸齒波觸發(fā)電路主要由鋸齒波觸發(fā)電路主要由脈沖形成

19、與放大脈沖形成與放大鋸齒波形成和脈沖移相鋸齒波形成和脈沖移相同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)雙窄脈沖形成雙窄脈沖形成強觸發(fā)等環(huán)節(jié)組成。強觸發(fā)等環(huán)節(jié)組成。 3.8.2 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路 l脈沖形成與放大脈沖形成與放大l鋸齒波形成和脈沖移相鋸齒波形成和脈沖移相l(xiāng)同步同步l雙窄脈沖形成雙窄脈沖形成l強觸發(fā)強觸發(fā) 3.8.2 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路 脈沖形成環(huán)節(jié)由脈沖形成環(huán)節(jié)由V4、V5構成；構成； 放大環(huán)節(jié)由放大環(huán)節(jié)由V7、V8組成。組成。 控制電壓控制電壓uc0與另兩個電壓信號合成后加在與另兩個電壓信號合成后加在V4的基極上，脈沖變壓器的基極上，脈

20、沖變壓器TP的一次繞組接在的一次繞組接在V8的集電極電路中，由的集電極電路中，由TP的二次繞組輸出觸發(fā)脈沖。的二次繞組輸出觸發(fā)脈沖。 ub4=0時，時，V4截止，截止，V5、V6飽和導通，飽和導通，V7、V8截止，無脈沖輸出。截止，無脈沖輸出。 ub40.7V時，時，V4飽和導通，飽和導通，V5立即截止，立即截止，V7、V8飽和導通，輸出觸發(fā)飽和導通，輸出觸發(fā)脈沖。脈沖。 同時電容同時電容C3經由經由+15VR11C3VD4V4放電并反向充電，使放電并反向充電，使V5基極基極電位逐漸上升。直到電位逐漸上升。直到ub5-15V時，時，V5又重新飽和導通，使又重新飽和導通，使V7、V8截止，輸截止

21、，輸出脈沖終止。出脈沖終止。 脈沖前沿由脈沖前沿由V4的導通時刻確定，的導通時刻確定，V5（或（或V6）截止的持續(xù)時間即為脈沖）截止的持續(xù)時間即為脈沖寬度，它與充放電時間常數(shù)寬度，它與充放電時間常數(shù)R11和和C3的乘積有關。的乘積有關。3.8.2.1 3.8.2.1 脈沖形成與放大環(huán)節(jié)脈沖形成與放大環(huán)節(jié) 3.8.2 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路 3.8.2.2 3.8.2.2 鋸齒波形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波形成和脈沖移相環(huán)節(jié) V1、VS、RP2和和R3為一恒流源電路。為一恒流源電路。 1）當）當V2截止時，恒流源電流截止時，恒流源電流I1C對電容對電容C2充電，充電，u

22、c2按線按線性規(guī)律增長，也就是性規(guī)律增長，也就是ub3線性增長。調節(jié)電位器線性增長。調節(jié)電位器RP2，可改變，可改變C2的恒定充電電流的恒定充電電流I1C，即可改變，即可改變uc2的斜率。的斜率。 2）當）當V2飽和導通時，飽和導通時，C2經經R4、V2迅速放電，使得迅速放電，使得ub3的的電位迅速降到零伏附近。當電位迅速降到零伏附近。當V2周期性地導通和關斷時，周期性地導通和關斷時，ub3便便形成一個鋸齒波，同樣形成一個鋸齒波，同樣ue3也是一個鋸齒波。也是一個鋸齒波。 3.8.2 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路 3.8.2.2 3.8.2.2 鋸齒波形成和脈沖移相環(huán)節(jié)

23、鋸齒波形成和脈沖移相環(huán)節(jié) 3）V4的基極電位由鋸齒波電壓的基極電位由鋸齒波電壓ue3、控制電壓、控制電壓uc0和直流偏置電壓和直流偏置電壓up三者疊加決定，它們分別通過電阻三者疊加決定，它們分別通過電阻R6、R7和和R8與與V4的基極連接。的基極連接。 當直流偏置電壓當直流偏置電壓up為某固定負值時，改變控制電壓為某固定負值時，改變控制電壓uc0便可以改變便可以改變M點點的坐標，即改變了觸發(fā)脈沖產生的時刻，從而實現(xiàn)脈沖移相。的坐標，即改變了觸發(fā)脈沖產生的時刻，從而實現(xiàn)脈沖移相。 直流偏置電壓直流偏置電壓up只是為了確定控制電壓只是為了確定控制電壓uc0=0時觸發(fā)脈沖的初始相位。時觸發(fā)脈沖的初始

24、相位。 一般要求鋸齒波的寬度大于一般要求鋸齒波的寬度大于180，一般要達到，一般要達到240。 首先令首先令uc0=0，調節(jié)直流偏置電壓，調節(jié)直流偏置電壓up的大小，使產生脈沖的的大小，使產生脈沖的M點位于鋸點位于鋸齒波齒波240的中央（的中央（120處），即對應于處），即對應于=90的位置。然后通過改變控的位置。然后通過改變控制電壓制電壓uc0的大小進行脈沖移相。的大小進行脈沖移相。uc00，M點前移，控制角點前移，控制角90，晶閘管電路整流；，晶閘管電路整流；uc00，M點后移，控制角點后移，控制角90，晶閘管電路逆變。，晶閘管電路逆變。 3.8.2 同步信號為鋸齒波同步信號為鋸齒波的觸發(fā)

25、電路的觸發(fā)電路 3.8.2.2 3.8.2.2 鋸齒波形成鋸齒波形成和脈沖移相環(huán)節(jié)和脈沖移相環(huán)節(jié) 3.8.2 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路 3.8.2.3 3.8.2.3 同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié) 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，與主電路同步是指要求鋸齒波的頻率同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，與主電路同步是指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關系確定。與主電路電源的頻率相同且相位關系確定。 鋸齒波由鋸齒波由V2控制，控制，V2截止的時間就是鋸齒波的寬度，截止的時間就是鋸齒波的寬度，V2的開關頻率的開關頻率就是鋸齒波的頻率。就是鋸齒波的頻率。 同步環(huán)節(jié)由同步變壓器同步環(huán)節(jié)由同步

26、變壓器TS、VD1、VD2、C1、R1和和V2組成。組成。 在同步變壓器在同步變壓器TS的二次側電壓的二次側電壓uTS負半周的下降段，二極管負半周的下降段，二極管VD1導通，導通，電容電容C1迅速反向充電，迅速反向充電，V2反偏截止。在反偏截止。在uTS負半周的上升段，負半周的上升段， uTS uc1 ，二極管，二極管VD1反偏截止，電容反偏截止，電容C1通過通過+15V電源和電源和R1放電，放電，uQ電壓的上升速度比電壓的上升速度比uTS電壓慢，當電壓慢，當uQ=+1.4V時，時，V2才能導通，才能導通，Q點電位點電位被鉗位在被鉗位在+1.4V。 V2截止的時間就是鋸齒波的上升階段，鋸齒波的

27、寬度與充電時間常截止的時間就是鋸齒波的上升階段，鋸齒波的寬度與充電時間常數(shù)數(shù)放放= C1R1成正比。在正弦同步電壓成正比。在正弦同步電壓uTS的一個周期內，的一個周期內，V2由截止到導由截止到導通的狀態(tài)對應著鋸齒波通的狀態(tài)對應著鋸齒波uc2的上升和下降，與主電路的電源頻率和相位完的上升和下降，與主電路的電源頻率和相位完全同步。全同步。 3.8.2 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路 3.8.2.4 3.8.2.4 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié) V5和和V6構成構成“或或”門，當門，當V5和和V6都導通時，都導通時，V7和和V8都截止，沒有都截止，沒有脈沖輸出。脈沖輸出。

28、只要只要V5或或V6有一個截止，都會使有一個截止，都會使V7和和V8導通，輸出觸發(fā)脈沖。導通，輸出觸發(fā)脈沖。 只要控制只要控制V5或或V6的截止（前后間隔的截止（前后間隔60相位），就可以產生符合要相位），就可以產生符合要求的雙脈沖。其中第一個脈沖由本相觸發(fā)電路的控制電壓求的雙脈沖。其中第一個脈沖由本相觸發(fā)電路的控制電壓uc0在控制角在控制角時刻使時刻使V4由截止變導通，導致由截止變導通，導致V5截止，截止，V7和和V8導通，輸出觸發(fā)脈沖。導通，輸出觸發(fā)脈沖。 間隔間隔60后的第二個脈沖則是由滯后本相后的第二個脈沖則是由滯后本相60相位的另一個觸發(fā)電相位的另一個觸發(fā)電路產生。在它生成第一個脈沖

29、的時刻，從該觸發(fā)電路的路產生。在它生成第一個脈沖的時刻，從該觸發(fā)電路的X端引出一個負端引出一個負脈沖，并通過本相觸發(fā)電路的脈沖，并通過本相觸發(fā)電路的Y端經耦合電容端經耦合電容C4引至引至V6的基極，使的基極，使V6截截止，輸出滯后止，輸出滯后60的第二個觸發(fā)脈沖。其中的第二個觸發(fā)脈沖。其中VD4和和R17的作用主要是防止的作用主要是防止雙脈沖信號相互干擾。雙脈沖信號相互干擾。 3.8.2 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路 3.8.2.4 3.8.2.4 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié) 在三相橋式全控整流電路中，要求晶閘管的觸發(fā)導通順序為在三相橋式全控整流電路中，要求晶閘管

30、的觸發(fā)導通順序為VT1VT2VT3VT4VT5VT6，彼此間隔，彼此間隔60。三相橋式全控整流電。三相橋式全控整流電路需要路需要6個完全相同的觸發(fā)電路個完全相同的觸發(fā)電路CF，每個觸發(fā)電路都必須能夠提供雙脈沖觸，每個觸發(fā)電路都必須能夠提供雙脈沖觸發(fā)信號。發(fā)信號。 通常將第一個觸發(fā)脈沖稱為主脈沖，將間隔通常將第一個觸發(fā)脈沖稱為主脈沖，將間隔60的第二個觸發(fā)脈沖稱為的第二個觸發(fā)脈沖稱為輔脈沖。輔脈沖。 X端是輔脈沖輸出端，端是輔脈沖輸出端，Y端是輔脈沖輸入端。三相橋式全控整流電路的端是輔脈沖輸入端。三相橋式全控整流電路的雙脈沖觸發(fā)信號可按圖雙脈沖觸發(fā)信號可按圖3-40接線得到，接線得到，6個觸發(fā)器

31、的連接順序是：個觸發(fā)器的連接順序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。 3.8.2 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路 3.8.2.5 3.8.2.5 脈沖封鎖脈沖封鎖 二極管二極管VD5的陰極接零電位或負電位時，將使的陰極接零電位或負電位時，將使V7和和V8截截止，從而封鎖脈沖輸出。止，從而封鎖脈沖輸出。VD5用來防止接地端與用來防止接地端與-15V電源之電源之間經間經V5、V6和和VD10形成短路。形成短路。3.8.2.6 3.8.2.6 強觸發(fā)環(huán)節(jié)強觸發(fā)環(huán)節(jié) 36V交流電壓經整流、濾波后得到交流電壓經整流、濾波后得到50V直流電壓，

32、經直流電壓，經R15對對C6充電。充電。V8沒有導通時，沒有導通時，B點電位為點電位為50V，二極管，二極管VD15反偏。反偏。V8導通時，導通時，C6經脈經脈沖變壓器沖變壓器TP一次側線圈和一次側線圈和R16、V8迅速放電，形成強觸發(fā)脈沖尖峰，迅速放電，形成強觸發(fā)脈沖尖峰，B點電位迅速下降，當點電位迅速下降，當B點電位下降到點電位下降到14.3V時時VD15導通，導通，B點電位被點電位被15V電源鉗位在電源鉗位在14.3V，形成脈沖平臺。，形成脈沖平臺。R16和和C5組成加速電路，用來提高觸組成加速電路，用來提高觸發(fā)脈沖前沿陡度。發(fā)脈沖前沿陡度。R14和和VD7構成脈沖變壓器一次側的續(xù)流通路

33、。構成脈沖變壓器一次側的續(xù)流通路。 強觸發(fā)可以縮短晶閘管的開通時間，有利于改善串、并聯(lián)電路中強觸發(fā)可以縮短晶閘管的開通時間，有利于改善串、并聯(lián)電路中各個晶閘管元件的均壓和均流，提高觸發(fā)可靠性。各個晶閘管元件的均壓和均流，提高觸發(fā)可靠性。 3.8.3 集成觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路 集成觸發(fā)器的使用使觸發(fā)電路更加小型化，結構更加標集成觸發(fā)器的使用使觸發(fā)電路更加小型化，結構更加標準統(tǒng)一，大大簡化了觸發(fā)電路的生產、調試及維修。目前國準統(tǒng)一，大大簡化了觸發(fā)電路的生產、調試及維修。目前國內生產的集成觸發(fā)器有內生產的集成觸發(fā)器有KJ系列和系列和KC系列，國外生產的有系列，國外生產的有TCA系列，下面簡要介紹由系

34、列，下面簡要介紹由KC系列的系列的KC04移相觸發(fā)器和移相觸發(fā)器和KC41C六路雙脈沖形成器所組成的三相橋式全控集成觸發(fā)器。六路雙脈沖形成器所組成的三相橋式全控集成觸發(fā)器。3.8.3.1 KC043.8.3.1 KC04移相觸發(fā)器移相觸發(fā)器 KC04移相觸發(fā)器的內部線路與分立元件組成的鋸齒波移相觸發(fā)器的內部線路與分立元件組成的鋸齒波觸發(fā)電路相似，也是由鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成觸發(fā)電路相似，也是由鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成及整形放大、脈沖輸出等基本環(huán)節(jié)組成。及整形放大、脈沖輸出等基本環(huán)節(jié)組成。 3.8.3 集成觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路 3.8.3.1 KC043.8.3.1 KC04移相觸

35、發(fā)器移相觸發(fā)器 KC04移相觸發(fā)器主要用于單相移相觸發(fā)器主要用于單相或三相橋式全控整流裝置?；蛉鄻蚴饺卣餮b置。KC系列系列中還有中還有KC01、KC09等，它們都具有等，它們都具有輸出帶負載能力強、移相性能好、抗輸出帶負載能力強、移相性能好、抗干擾能力強的特點。干擾能力強的特點。 3.8.3.1 KC043.8.3.1 KC04移相觸發(fā)器移相觸發(fā)器 3.8.3 集成觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路 3.8.3.2 KC41C3.8.3.2 KC41C六路雙窄脈沖形成器六路雙窄脈沖形成器 3.8.3 集成觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路 3.8.3.2 KC41C3.8.3.2 KC41C六路雙窄脈沖形成器六路雙

36、窄脈沖形成器 KC41C的輸入信號通常是的輸入信號通常是KC04的輸出的輸出. 把三塊把三塊KC04移相觸發(fā)器的管腳移相觸發(fā)器的管腳1和管腳和管腳15產生的產生的6個主個主脈沖分別接到脈沖分別接到KC41C的管腳的管腳16，經內部的集成二極管完成，經內部的集成二極管完成“或或”功能，形成雙脈沖，再由內部的功能，形成雙脈沖，再由內部的6個集成三極管放大，個集成三極管放大，從管腳從管腳1015輸出。輸出。 還可以在外部設置還可以在外部設置V1V6晶體管進行功率放大，可得到晶體管進行功率放大，可得到800mA的觸發(fā)脈沖電流，供觸發(fā)大容量的晶閘管用。的觸發(fā)脈沖電流，供觸發(fā)大容量的晶閘管用。 KC41C

37、不僅具有雙脈沖形成功能，而且還具有電子開關不僅具有雙脈沖形成功能，而且還具有電子開關控制封鎖功能，當管腳控制封鎖功能，當管腳7接地或處于低電位時，內部的集成接地或處于低電位時，內部的集成開關管開關管V7截止，可以正常輸出脈沖；當管腳截止，可以正常輸出脈沖；當管腳7接高電位或懸接高電位或懸空時，空時，V7飽和導通，各路無脈沖輸出。飽和導通，各路無脈沖輸出。3.8.3 集成觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路 3.8.3 集成觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路 圖圖3-45 KC043-45 KC04與與KC41CKC41C組成的三相橋式全控整流電路組成的三相橋式全控整流電路雙窄脈沖觸發(fā)電路雙窄脈沖觸發(fā)電路 3.8.4 觸發(fā)電

38、路的定相觸發(fā)電路的定相 變流器一般由主變壓器、同步變壓器、主電路、觸發(fā)電變流器一般由主變壓器、同步變壓器、主電路、觸發(fā)電路及控制電路等組成，如圖路及控制電路等組成，如圖3-46所示。要求觸發(fā)電路輸出脈所示。要求觸發(fā)電路輸出脈沖的觸發(fā)角沖的觸發(fā)角90 時變流器工作在逆變狀態(tài)。時變流器工作在逆變狀態(tài)。 3.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相 在常用的鋸齒波移相觸發(fā)電路中，送出初始脈沖的時刻在常用的鋸齒波移相觸發(fā)電路中，送出初始脈沖的時刻是由輸入各個觸發(fā)電路中不同相位的同步電壓確定的。必須是由輸入各個觸發(fā)電路中不同相位的同步電壓確定的。必須根據(jù)各個被觸發(fā)晶閘管的陽極電壓相位，為其觸發(fā)電路正確根據(jù)各

39、個被觸發(fā)晶閘管的陽極電壓相位，為其觸發(fā)電路正確連接特定相位的同步電壓，才能使各個觸發(fā)電路分別在其對連接特定相位的同步電壓，才能使各個觸發(fā)電路分別在其對應的晶閘管需要加觸發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖。應的晶閘管需要加觸發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖。 觸發(fā)電路的定相就是根據(jù)觸發(fā)電路的工作原理和輸入觸發(fā)電路的定相就是根據(jù)觸發(fā)電路的工作原理和輸入/輸輸出特性、主變壓器的連接組別和主電路的結線方式，選擇正出特性、主變壓器的連接組別和主電路的結線方式，選擇正確的同步電壓，將同步變壓器與觸發(fā)電路連接在一起，從而確的同步電壓，將同步變壓器與觸發(fā)電路連接在一起，從而確定同步變壓器的連接組別，以保證變流器的正常工作。確定同步變壓

40、器的連接組別，以保證變流器的正常工作。 3.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相 觸發(fā)電路的定相是有關變壓器連接組別、主電路的結線觸發(fā)電路的定相是有關變壓器連接組別、主電路的結線方式和觸發(fā)電路的工作原理及特性等方面知識的綜合應用。方式和觸發(fā)電路的工作原理及特性等方面知識的綜合應用。 由于變壓器可能有多種接法，且觸發(fā)電路也有不同的類由于變壓器可能有多種接法，且觸發(fā)電路也有不同的類型，其工作原理及輸入型，其工作原理及輸入/輸出特性各不相同，因此觸發(fā)電路輸出特性各不相同，因此觸發(fā)電路的定相也有其靈活性，正確的答案不是唯一的，但要求卻的定相也有其靈活性，正確的答案不是唯一的，但要求卻是一致的，也就是說

41、不管用什么方法連接，都必須保證變是一致的，也就是說不管用什么方法連接，都必須保證變流器能夠正常工作。流器能夠正常工作。 3.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相 觸發(fā)電路的定相方法一般要經歷以下幾個步驟：觸發(fā)電路的定相方法一般要經歷以下幾個步驟： (1) 根據(jù)所選用的觸發(fā)電路的工作原理及特性，分析觸發(fā)根據(jù)所選用的觸發(fā)電路的工作原理及特性，分析觸發(fā)電路的輸出脈沖相對于交流同步電壓的相位關系，即找出晶閘電路的輸出脈沖相對于交流同步電壓的相位關系，即找出晶閘管的控制角管的控制角=min=0 至至=max相對于同步電壓的相位區(qū)間。相對于同步電壓的相位區(qū)間。 (2) 根據(jù)主變壓器的連接組別和主電路的結線

42、方式，以主根據(jù)主變壓器的連接組別和主電路的結線方式，以主電路中任一只晶閘管電路中任一只晶閘管 (一般以一般以VT1晶閘管晶閘管) 為例，分析晶閘管的為例，分析晶閘管的控制角控制角min至至max相對于主電路交流電壓的相位區(qū)間。相對于主電路交流電壓的相位區(qū)間。 (3) 分析出同步電壓與主電路交流電壓的相位差，確定觸分析出同步電壓與主電路交流電壓的相位差，確定觸發(fā)器的同步電壓與對應晶閘管陽極電壓之間的相位關系。發(fā)器的同步電壓與對應晶閘管陽極電壓之間的相位關系。 3.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相 (4) 根據(jù)整流變壓器的接線，以一次側電源線電壓為參根據(jù)整流變壓器的接線，以一次側電源線電壓為參

43、考向量，畫出整流變壓器二次側相電壓向量，即晶閘管對應考向量，畫出整流變壓器二次側相電壓向量，即晶閘管對應的電源相電壓。的電源相電壓。 (5) 再根據(jù)上面確定的相位關系，畫出同步相電壓和線再根據(jù)上面確定的相位關系，畫出同步相電壓和線電壓，并由此確定同步變壓器電壓，并由此確定同步變壓器TS的聯(lián)結組別。的聯(lián)結組別。 (6) 按照正確的三相電壓相序，依次確定其余各只晶閘按照正確的三相電壓相序，依次確定其余各只晶閘管觸發(fā)電路的同步電壓。管觸發(fā)電路的同步電壓。 3.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相 圖圖3-47 3-47 三相橋式全控整流電路中同步電壓與主電路三相橋式全控整流電路中同步電壓與主電路電壓

44、關系示意圖電壓關系示意圖 3.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相 在三相晶閘管整流裝置中，選擇觸發(fā)電路的同步信號是在三相晶閘管整流裝置中，選擇觸發(fā)電路的同步信號是一個非常重要的問題?，F(xiàn)以三相橋式全控整流電路為例，說一個非常重要的問題。現(xiàn)以三相橋式全控整流電路為例，說明觸發(fā)電路定相的方法。圖明觸發(fā)電路定相的方法。圖3-47給出了主電路電壓與同步電給出了主電路電壓與同步電壓的關系示意圖。壓的關系示意圖。 對于晶閘管對于晶閘管VT1，其陽極與交流側電壓，其陽極與交流側電壓ua相接，可簡單相接，可簡單表示為表示為VT1所接主電路電壓為所接主電路電壓為+ua，VT1的觸發(fā)脈沖從的觸發(fā)脈沖從0至至180

45、對應的范圍為對應的范圍為t1t2。 采用同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路時，同步信號負半周采用同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路時，同步信號負半周的起點對應于鋸齒波的起點，通常要求鋸齒波的上升段寬度的起點對應于鋸齒波的起點，通常要求鋸齒波的上升段寬度為為240，上升段起始的，上升段起始的30和末端的和末端的30線性度不好，舍線性度不好，舍去不用，只使用中間的去不用，只使用中間的180。 3.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相 三相橋式全控整流電路大量用于直流電動機調速系統(tǒng)，三相橋式全控整流電路大量用于直流電動機調速系統(tǒng)，且通常要求可實現(xiàn)再生制動，且通常要求可實現(xiàn)再生制動，Ud=0時的觸發(fā)角時的觸發(fā)角=90

46、；90時為整流工作；時為整流工作；90時為逆變工作。時為逆變工作。 將將=90定為鋸齒波上升段的中點，從此點向前、向后定為鋸齒波上升段的中點，從此點向前、向后各有各有90的移相范圍。的移相范圍。 因此同步電壓的因此同步電壓的180與與ua電壓的電壓的0對應，對應，VT1的同步的同步電壓應滯后于電壓應滯后于ua電壓電壓180。 對于其他對于其他5只晶閘管，也存在同樣的關系，即同步電壓只晶閘管，也存在同樣的關系，即同步電壓滯后于主電路電壓滯后于主電路電壓180。 3.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相 以上分析了同步電壓與主電路電壓的關系，一旦確定了以上分析了同步電壓與主電路電壓的關系，一旦確定

47、了整流變壓器和同步變壓器的接法，即可選定每一只晶閘管的整流變壓器和同步變壓器的接法，即可選定每一只晶閘管的同步電壓信號。同步電壓信號。 圖圖3-48給出了變壓器接法的一種情況及相應的矢量圖。給出了變壓器接法的一種情況及相應的矢量圖。其中主電路整流變壓器為其中主電路整流變壓器為D，y11聯(lián)結；同步變壓器聯(lián)結；同步變壓器TS的結線的結線應為應為D，y5-11聯(lián)結，其中共陰極組為聯(lián)結，其中共陰極組為D，y5聯(lián)結，共陽極組聯(lián)結，共陽極組為為D，y11聯(lián)結。相應的矢量圖見圖聯(lián)結。相應的矢量圖見圖3-48 b。 同步電壓的選取結果見表同步電壓的選取結果見表3-18。 3.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定

48、相 圖圖3-48 3-48 同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖 3.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相 表表3-18 3-18 三相橋式全控電路晶閘管同步電壓三相橋式全控電路晶閘管同步電壓 晶閘管晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓主電路電壓+Ua-Uc+Ub-Ua+Uc-Ub同步電壓同步電壓-Usa+Usc-Usb+Usa-Usc+Usb 為防止電網電壓波形畸變對觸發(fā)電路產生干擾，可對同步電壓進行為防止電網電壓波形畸變對觸發(fā)電路產生干擾，可對同步電壓進行R-C濾波，當濾波，當R-C濾波器滯后角為濾波器滯后角為60時，同步變壓器時，同步變

49、壓器TS的結線應為的結線應為D，y3-9聯(lián)結，相應的矢量圖如圖聯(lián)結，相應的矢量圖如圖3-48 c。同步電壓的選取結果見表。同步電壓的選取結果見表3-19。表表3-19 3-19 三相橋式全控電路晶閘管同步電壓三相橋式全控電路晶閘管同步電壓( ( R-C 濾波器滯后濾波器滯后6060) )晶閘管晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓主電路電壓+Ua-Uc+Ub-Ua+Uc-Ub同步電壓同步電壓+Usb-Usa+Usc-Usb+Usa-Usc 3.9.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎 3.9.2 帶阻感性負載時可控整流電路交流側帶阻感性負載時可控整流電路交流側 諧波和

50、功率因數(shù)分析諧波和功率因數(shù)分析 3.9.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎 許多電力電子裝置要消耗無功功率，會對公用電網許多電力電子裝置要消耗無功功率，會對公用電網帶來不利影響，由此帶來的無功功率帶來不利影響，由此帶來的無功功率(Reactive Power) 和和諧波諧波(Harmonics)問題也日益嚴重。問題也日益嚴重。 無功功率的增加會使總電流增大，線路壓降增大，無功功率的增加會使總電流增大，線路壓降增大，視在功率增加，從而使線路損耗和設備容量增加。沖擊視在功率增加，從而使線路損耗和設備容量增加。沖擊性無功負載還會使電網電壓發(fā)生劇烈波動。性無功負載還會使電網電壓發(fā)生劇烈波

51、動。 3.9.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎電力電子裝置還會產生諧波，對公用電網產生危害：電力電子裝置還會產生諧波，對公用電網產生危害：1) 諧波使電網中的元件產生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、諧波使電網中的元件產生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設備的效率；輸電及用電設備的效率；2) 諧波影響各種電氣設備的正常工作，發(fā)生機械振動、噪諧波影響各種電氣設備的正常工作，發(fā)生機械振動、噪聲和過熱，使設備過熱、絕緣老化、壽命縮短以至損壞；聲和過熱，使設備過熱、絕緣老化、壽命縮短以至損壞；3) 諧波引起電網中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，甚至引起諧波引起電網中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，甚至

52、引起嚴重事故；嚴重事故；4) 諧波導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電氣測量諧波導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表計量不準確；儀表計量不準確；5) 諧波對鄰近的通信系統(tǒng)產生干擾，使通信系統(tǒng)無法正常諧波對鄰近的通信系統(tǒng)產生干擾，使通信系統(tǒng)無法正常工作。工作。 3.9.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎3.9.1.1 3.9.1.1 諧波諧波 在供用電系統(tǒng)中，通?？偸窍Ｍ涣麟妷汉徒涣麟娏鞒试诠┯秒娤到y(tǒng)中，通?？偸窍Ｍ涣麟妷汉徒涣麟娏鞒收也ㄐ巍Ｕ也ㄐ?。 ( )2sin()u tUt 正弦波電壓施加在線性無源元件電阻、電感和電容上正弦波電壓施加在線性無源元件電阻、

53、電感和電容上時，其電流分別為比例、積分和微分關系，仍為同頻率的時，其電流分別為比例、積分和微分關系，仍為同頻率的正弦波。正弦波。 但當正弦波電壓施加在非線性電路上時，電流就變?yōu)榈斦也妷菏┘釉诜蔷€性電路上時，電流就變?yōu)榉钦也?，非正弦電流在電網阻抗上產生壓降，會使電壓非正弦波，非正弦電流在電網阻抗上產生壓降，會使電壓波形也變?yōu)榉钦也ā．斎?，非正弦電壓施加在線性電路波形也變?yōu)榉钦也ā．斎?，非正弦電壓施加在線性電路上時，電流也是非正弦波。上時，電流也是非正弦波。 3.9.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎3.9.1.1 3.9.1.1 諧波諧波 周期為周期為T=2 / 的非正

54、弦電壓的非正弦電壓u(t)，可分解為如下形，可分解為如下形式的傅里葉級數(shù)：式的傅里葉級數(shù)： 01()(cossin)nnnutaan tbn t2001()d()2autt201()cosd()nautn tt201=()sind()nbutn tt 3.9.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎3.9.1.1 3.9.1.1 諧波諧波或或01()sin()nnnutacn t22nnncabarctan()nnnabsinnnnaccosnnnbc 3.9.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎3.9.1.1 3.9.1.1 諧波諧波 以上公式及定義均以非正弦電壓為例，對

55、于非正弦電以上公式及定義均以非正弦電壓為例，對于非正弦電流，只需把式中的流，只需把式中的u(t)換成換成i(t)即可。即可。第第n次諧波電流含有率以次諧波電流含有率以RHIn(Harmonic Ratio for In)%表示表示式中，式中，In第第n次諧波電流有效值；次諧波電流有效值；I1基波電流有效值?；娏饔行е?。1100(%)nnIHRII電流諧波總畸變率電流諧波總畸變率THDi (Total Harmonic distortion) %定義為定義為 hi1100(%)ITHDIIh總諧波電流有效值?？傊C波電流有效值。 3.9.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎3.9.

56、1.2 3.9.1.2 功率因數(shù)功率因數(shù)在正弦電路中，電路的有功功率就是其平均功率。在正弦電路中，電路的有功功率就是其平均功率。 201d()cos2Pu itU I 視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI無功功率定義為無功功率定義為 Q=UIsin 功率因數(shù)功率因數(shù)定義為有功功率定義為有功功率P和視在功率和視在功率S的比值，即的比值，即 PS無功功率無功功率Q、有功功率、有功功率P、視在功率、視在功率S三者關系：三者關系： S2=P2+Q2 3.9.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎3.9.1.2 3.9.1.2 功率因數(shù)功率因數(shù) 在正

57、弦電路中，功率因數(shù)由電壓和電流的相位差在正弦電路中，功率因數(shù)由電壓和電流的相位差決定，決定，其值為其值為 =cos 在非正弦電路中，有功功率、視在功率、功率因數(shù)的在非正弦電路中，有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義均和正弦電路相同，功率因數(shù)仍由式定義均和正弦電路相同，功率因數(shù)仍由式(3-112)定義。定義。 公用電網中，通常電壓的波形畸變很小，而電流波形公用電網中，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，只研究的畸變可能很大。因此，不考慮電壓畸變，只研究電壓波電壓波形為正弦波、電流波形為非正弦波形為正弦波、電流波形為非正弦波的情況有很大的實際意的情況有很大的實際意

58、義。義。 3.9.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎3.9.1.2 3.9.1.2 功率因數(shù)功率因數(shù) 設正弦波電壓有效值為設正弦波電壓有效值為U，畸變電流有效值為，畸變電流有效值為I，基波，基波電流有效值為電流有效值為I1，基波電壓與基波電流的相位差為，基波電壓與基波電流的相位差為1。這時。這時有功功率為有功功率為 P=UI1cos1 功率因數(shù)為功率因數(shù)為11111coscoscosUIIPSUII式中，式中，= I1/I 基波電流有效值與總電流有效值之比，基波電流有效值與總電流有效值之比，稱為稱為基波因數(shù)基波因數(shù)； cos1稱為稱為位移因數(shù)位移因數(shù)或基波功率因數(shù)?；蚧üβ室驍?shù)

59、。 可見，功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩可見，功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個因素共同決定。個因素共同決定。 3.9.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎3.9.1.2 3.9.1.2 功率因數(shù)功率因數(shù) 含有諧波的非正弦電路的無功功率情況比較復雜，其含有諧波的非正弦電路的無功功率情況比較復雜，其中一種簡單的定義是：中一種簡單的定義是：22QSP 還有一種定義無功功率的公式，采用符號還有一種定義無功功率的公式，采用符號Qf表示，忽表示，忽略電壓中的諧波時，基波電流產生的無功功率為略電壓中的諧波時，基波電流產生的無功功率為Qf=UI1sin1 在非正弦情況下，在非正

60、弦情況下，S2P2+Qf2，因此引入，因此引入畸變功率畸變功率D，使得使得 S2=P2+ Qf 2+D2 3.9.1 諧波和無功功率分析基礎諧波和無功功率分析基礎3.9.1.2 3.9.1.2 功率因數(shù)功率因數(shù)Q2= Qf 2+D2忽略電壓諧波時忽略電壓諧波時2222fnn=2=-=DSP QUIQf是由基波電流所產生的無功功率；是由基波電流所產生的無功功率；D是由諧波電流產生的無功功率。是由諧波電流產生的無功功率。 3.9.2 帶阻感性負載時可控整流電路交流側帶阻感性負載時可控整流電路交流側諧波和功率因數(shù)分析諧波和功率因數(shù)分析 3.9.2.1 3.9.2.1 單相橋式全控整流電路交流側單相橋