1、2.3 變壓器漏感對整流電路的影響 以前的討論認為晶閘管的換相過程是瞬時完成的，即該關斷的管子瞬時關斷，該導通的管子瞬時導通。實際上由于變壓器漏抗的存在，電感對電流的變化有阻礙作用，換相過程是不能瞬時完成的。 下面討論換相過程中各量的關系。三相半波電路 VT1關斷 VT2導通的換相過程： VT1關斷， ia由Id0 ； VT2導通，ib的變化從0Id 設用iK表示電流的變化分量方向如圖，在換相過程中，定義其變化為：由0Id， 則：ib iK = 0Id ； ia = IdiK = Id -（ 0Id ）= Id0 由上式可見， iK為ia、ib 的變化分量。 n在換相過程中，LB上感應電勢為下

2、式：極性如圖。 n設換相過程所需時間為換相重疊角；對iK 回路，在換相期間電壓平衡方程式為： 則換相期間 ud 應滿足上述公式，在波形上表現如圖。意味著ud波形出現缺口。dtdiBLBLe222ababbkBbdkbabuuuuudtdiLuudtdiLuu 缺口的存在使Ud減小。設缺口面積為Ud，則實際負載直流電壓為： Ud UdUd Ud 的計算： M波頭數 XB變壓器每相折算到負邊的漏抗 IdmXdiwLmdwtdwtdiwLmdwtuuUdIBkBkBdbmd02222)(1 Ud正比于I d，mXB/2相當于引起壓降Ud的阻抗值。對不同電路，對應的ud計算見P61表2-2。 由此可知

3、，由于存在換相重疊角，計算Ud和Id時，都應考慮的影響，這時應將Ud和I d的兩方程聯立求解，才可解出正確的Ud、I d。 計算重疊角 ：先將波形的縱軸向右移動，兩式相減（ m為波頭數）：上式積分： )cos(2)cos(23232wtUuwtUubawtdwtmUwLdiwtmUdtdiLwtmUuuBkkBabsinsin21sinsin222sinsin22222mdBBdBIkUIXmXUIwtdwtmXUdidsin2)cos(coscos)cos(sin2sinsin22220 上式為的計算公式，各種電路對應的計算方法見上表。 對三相半波電路 m3 由上式分析可得出隨其它參數變化的

4、規律： 1）I d越大則越大； 2）XB越大則越大； 3）越小則越大（當90時） 22262232sin2)cos(cosUIXUIXUIXdBdBmdB例題（習題15）n三相半波可控整流電路，反電動勢阻感負載，U2=100V， R=1 ， L值極大，LB=1mH， E=50V時，求當=30度時Ud Id 和的值，并作出ud、ivT1 ivT2的波形n解：Ud UdUdIdmXUUUBdd2cos17. 12n聯立方程：n并求解，得到Ud Id 值RUIImXUUUUdddBddd，2cos17. 1225 整流電路的諧波和功率因數 隨著電力電子技術裝置在眾多領域中的應用日益廣泛，它帶來的無功

5、功率和諧波問題也日益嚴重，引起廣泛關注。 無功功率對公用電網帶來的不利影響有： 1）導致視在功率增加，使設備容量增大。 2）使總電流增大，從而使線路損耗增加；線路壓降增大，電壓劇烈波動。 諧波對公用電網產生的危害有： 1）使元件產生附加的諧波損耗，大量的諧波流過中線會使線路過熱甚至發生火災。 2）影響各種電氣設備的正常工作，使電機發生震動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短以至損壞。 3）導致繼電保護裝置誤動作，使電氣儀表計量不準確。 4）對通訊系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量重者導致信息丟失，使通信系統無法正常工作。 由于它們所造成的嚴重危

6、害，世界各國都發布了限制電網諧波的國家標準。把電網諧波電壓控制在允許的范圍內。使電網中的設備能正常工作。我國由技術監督局于1993年發布了國家標準電能質量公用電網諧波。 2.5.1 諧波和無功功率分析基礎 1、諧波n在交流供電系統中，電壓和電流總是呈正弦波，正弦電壓表達式為： u(t)= U sin(wt+u)n當正弦電壓加在線性無源元件電阻、電容、電感上時，其電流和電壓成正比關系，仍為同頻率的正弦波。當正弦電壓加在非線性線路上時，電流就變成非正弦波。 對于周期為T=2的非正弦電壓 u(wt) 當滿足狄里赫利條件時，可分解為傅里葉級數： 或 在上式中，頻率與工頻（50赫）相同的分量稱為基波，頻

7、率為基波整數倍的分量稱為諧波。 11)sin()()sincos()(0nnnnnnnwtcawtunwtbnwtaawtuo 2、 功率因數（復習） 正弦電路中，電路的有功功率是： 式中：U、I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 = U I 無功功率定義為： Q = U I sin 三者關系為： S2=P2+Q2 功率因數定義為有功功率P和視在功率S的比值： = P/S = cos 所以，功率因數是由電壓和電流的相位差決定的。20cos)(21UIwtuidP 3、電壓為正弦波，電流為非正弦波電路的情況 在公共電網中，通常電壓的畸變很小，電流波形的畸變很大，因此

8、研究此種情況有很大的實際意義。我們所學習的整流電路就可歸于此類。 設正弦波電壓的有效值為U，非正弦波電流的有效值為I，基波電流有效值為I1 ，基波與電壓的相位差為1，這時有功功率為 P = U I1 cos1 功率因數為： 式中： =I1/I 稱為基波因數；而cos 1稱為基波功率因數或位移因數。可見功率因數是由這兩個因素共同決定的。用這兩個參數即可分析電路的諧波和功率因數大小。 1111coscoscosIIUIUISP2.5.2 帶阻感負載整流電路交流側諧波和功率因數分析 應用上述分析方法，我們可以對所學過的整流電路進行諧波和功率因數的分析，這里以單相橋式和三相橋式電路為例，研究其諧波的大

9、小和功率因數的大小。 1、 單相橋式全控整流電路 1）諧波分析 當L足夠大時，電流波形近似為理想方波，將i2分解為傅里葉級數可得：其中 n=1,3,5,n可見，電流中僅含奇次諧波，各次諧波的有效值與諧波次數成反比。 nwtInnwtnIdwtwtwtIinndsin2sin14.)5sin513sin31(sin4.5 , 3 , 1.5 , 3 , 12nIdIn22 2）功率因數 因大電感電路有I=Id ，所以基波因數為： 從P48圖2-6中u2和i2波形可得，控制角 就是基波電流與電壓的相位差 ，故位移因數為: 1=cos 1= cos 所以，功率因數為：cos9 . 0 = 19 .

10、022221IdIdII 2、 三相橋式全控整流電路 1）諧波分析 電感性負載，電源電流為正負各120的方波，其有效值為： 將其分解為傅氏級數（公式略），其基波和諧波有效值分別為： n=6k1, k=1,2,3, 由此可得以下結論：電流中僅含有6k1次諧波。IdnIIdIn661IdI322 2）功率因數計算： 基波因數為： 1=cos 1= cos 可見，三相電路的諧波和功率因數都好于單相電路。cos955. 0cos3cos = 111II955. 033261IdIdII 254 整流電路輸出側電壓和電流 的諧波分析 整流電路的輸出電壓除直流分量外還包含各種頻率的諧波，這些諧波對于負載的

11、工作是很不利的。因此有必要分析其諧波的大小。 設 =0，m脈波整流電路的整流電壓波形如圖： 將縱坐標選在整流電壓的峰值處，則整流電壓的表達式： ud0= U2coswt 將其分解為傅氏級數，得出 ： k=1,2,3 其中： 定義電壓紋波因數：u: 其中：Ud0 為整流電壓平均值，UR為Ud0中諧波分量有效值。紋波因數越小越好。 P72表2-3給出了不同m時的電壓紋波因數值。doRUUu02201cos2sin2dndUnkbmmUUmknmkndnddnwtnkUnwtbUucos1cos21 cos2000 輸出電路整流電壓和電流中的諧波有如下規律：1）整流電壓的諧波次數為m的整數倍，整流電

12、流的諧波由整流電壓決定，也為m倍。2）當m一定時，隨著諧波次數的增大，諧波幅值迅速減小。表明最低次諧波是最主要的。3）m增加時，最低次諧波諧波次數增大，且幅值迅速減小，電壓紋波因數迅速下降。 由此可得，提高整流電路相數m是減小電路中諧波的有效手段。 以上是=0時的情況分析，當不為0時，整流電壓諧波的分析十分復雜，對此不再詳述。 26 大功率可控整流電路 采用多相整流可減少電路的諧波，提高功率因數，特別適用于大功率系統。本節介紹帶平衡電抗器的雙反星型電路，還有多重化整流電路 。 261 帶平衡電抗器的雙反星型電路 在電解電鍍等工業應用中，經常需要低電壓、大電流的可控直流電源。而我們知道三相橋式電

13、路是由兩組三相半波電源串聯組合的，其特點為輸出電壓提高一倍，電流不變，若采用并聯連接方式即可使輸出電壓不變，輸出電流提高一倍。 LP作用 兩電壓疊加 1、雙反星型電路特點：變壓器的二次側每相有兩個匝數相同極性相反的繞組，分別接到兩組三相半波電路上，一組為abc，另一組為abc，分別接在兩組三相半波電路上，兩組為并聯連接。 其工作情況（見下頁）為：在任一時刻只能有一個晶閘管導電，其余5個晶閘管均承受反壓而阻斷，六個晶閘管輪流導通，相當于六相整流電路。不能達到輸出大電流的目的。 2、平衡電抗器Lp作用：加設Lp可使電路中兩組三相半波電路同時工作，即每一時刻各組都有一個管子導通，輸出電流為一組導電時

14、的兩倍。這種電路稱為帶平衡電抗器的雙反星型電路。 平衡電抗器電壓up分析： 電路中兩組整流電壓的脈動電壓波頭相差60。它們的瞬時值ud1 和ud2是不同的，瞬時值之差便等于平衡電抗器Lp兩端電壓，即n1和n2 間電壓up ，其波形是三角波（見下圖）。 在上圖中任取一瞬間wt1，這時ub及 ua均為正值，由于ub比 ua電壓高，VT6導通。 此電流在流經Lp時，Lp上要感應電動勢up，因wt1瞬間ud增大， id也應增大，感應電動勢的方向是要阻止電流增大，如下圖。 Lp作用分析： 由于Lp采用的為中心抽頭，其兩面繞組匝數相同，兩側的感應電勢也相同。 可見，VT1承受的電壓為： VT6承受的電壓為

15、： 此時： pauu21pbuu21 由于Lp 的平衡作用，使得晶閘管VT6 和VT1都承受電壓大小相同，同時導通。其它各組管子的情況類似。 abpuuu 由ip回路可以導出平衡電抗器兩端電壓的表達式： up=ud2-ud1 且由負載回路可得： 波形如圖所示)(21)(2121211211dddddpdduuuuuuuu 該電路每組中的晶閘管仍按三相半波的導電規律而各自輪流導電120；每隔60有一個晶閘管換相，輸出電壓為六個波頭，所以負載電壓中的諧波分量比三相半波要小的多；而且，最低諧波為六次諧波。 P76圖2-39中畫出了=30=60=90時輸出電壓ud的波形。當=90時Ud=0，電路的移相

16、范圍為90。 雙反星形電路由于兩個管子同時導通，輸出電流是三相半波電路的兩倍，而輸出平均電壓與三相半波時相同：cos17. 12UUd2.6.2 多重化整流電路 n按一定的規律將兩個或更多的簡單整流電路進行適當組合，稱為多重化整流電路。多重化整流電路可實現12相、24相、36相等多相輸出。因此，采用多重化整流電路可進一步減輕諧波和無功功率的影響。n見P77圖2-40是兩組三相全控橋電路并聯組成的多重化整流電路，為12脈波整流電路。輸出電流比三相全控橋增大一倍，電壓相同；電路中使用平衡電抗器Lp來平衡各組電流，和上面介紹的雙反星形電路原理一樣。整流電壓ud在每個電源周期中脈動12次，n圖2-41

17、是兩組三相全控橋串聯組成的電路圖，利用變壓器二次繞組接法的不同，使兩橋的供電電源相位錯開30，從而使輸出整流電壓 ud在每個電源周期中脈動12次，該電路也是12脈波整流電路。輸出電壓比三相全控橋增大一倍，電流相同； 電路的功率因數： = cos 0.9886cos n采用多重聯結的方法雖不能提高位移因數cos ，但可以提高從而也可以在一定程度上提高功率因數。同時可以使電流諧波大幅減少， 2、多重聯結電路的順序控制 前面介紹的多重聯結電路中，各整流橋輸入電壓錯開一定相位，工作時的控制角是相同的。工作時需同時對每一組的都進行調節。這是常用的控制方式之一。 實際工作中還經常采用另一種順序控制方式。順

18、序控制是只對其中一個橋的 角進行控制，而使其余各橋的輸出電壓為最大或者為0，視工作需要而定。采用這種方法并不能降低電流中的諧波，但除進行相位控制的一組外，其余各組或不工作，其COS=1，因此功率因數可以提高。 由三組單相全控橋組合的順序控制電路見圖2-43，第1組用角控制，2、3組輸出電壓為零時，輸出電壓 EM：為整流電動運行。 EM U：為逆變回饋制動運行。 U 和EM同向串聯：短路狀態，會產生很大的短路電流。 整流運行：Ud為正，角在090之間； UdEM， Id由Ud產生， Id=(Ud -EM)/R，交流電網側輸出電功率，而電動機側輸入電功率，即由電源Ud提供能量使電動機運轉； 逆變運行（回饋制動）：若要實現電能的回饋，應有EM Ud ，這時，電流就要反向，由于晶閘管電路的單向導電性，電流不能反向，所以只能是EM反向，這樣EM就會和原來的Ud形成同向串聯造成短路(短路工作狀態)，這是絕對不允許的。 因此，在EM反向的同時Ud也必須反向，也就是使Ud輸出負值，可通過控制角在90180之間實現。同時還要控制使EM Ud ，見上圖。 3、晶閘管系統 以單相全波電路為例分析輸出Ud原理。 從上述分析可得出逆變的條件：1）要有直流電動勢E ，其極性應和整流時相反；2）晶閘管電路輸出電壓Ud為負，即90。3）應有|E|Ud| 2.7.2 三相橋式整流電路的有源