第3章相控整流电路3.8 3.9.ppt

1、3.8 整流变压器漏抗对整流电路的影响,不考虑交流侧的电感时，整流电路的换相是瞬间完成的。对于要关断的器件，其电流从Id突然降至0；对于要开通的器件，其电流从0瞬时上升至Id。 考虑交流侧的电感时，使换相过程不能瞬时完成，在换相过程中会出现两条支路同时导通，即重叠的情况。,3.8.1 换相期间的整流输出电压,图3.33 考虑变压器漏抗时三相半波可控整流电路的电流波形 在换相时，电流从Id减小到0和从0增大到Id都需要一定时间，这个过程叫换相过程，换相过程持续的时间用电角度表示，称为换相重叠角。,3.8.2 换相压降Ud的计算,换相压降与不考虑漏感时相比，ud平均值 降低的多少,1. 三相半波可

2、控整流电路的换向压降：,2. m相整流电路的换向压降：,3. XB的计算：,3.8.3 换相重叠角 的计算,g 随其它参数变化的规律： （1） Id越大,则g 越大； （2） 当a 等于常数时，XB越大,g 越大； （3） 当a 90时， 越小g 越大。 （4） 当XB Id一定时， 越大g 越小。,各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算,注：单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用； 三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按 代入。,小结：,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g ，整流输出电压平均值Ud降低。 （2）整

3、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。,作业： 3.16 3.17,3.9 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： 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，会使总电流增加，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。,电力电子装置还会产生谐波，对公用电网

4、产生危害，包括： 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次谐波流流过中性线会使线路过热甚至发生火灾； 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置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确； 会对临近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。,3.9 整流电路的谐波和功率因数,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

5、月1日起开始实施。,3.9 整流电路的谐波和功率因数,1. 谐波,满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数,基波(fundamental)在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量 谐波(harmonic)频率为基波频率大于1整数倍的分量 谐波次数谐波频率和基波频率的整数比 n次谐波电流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示,电流谐波总畸变率THDi（Total Harmonic distortion）定义为,Ih总谐波电流有效值,3.9.1 整流电路的谐波分析,3.9.1 整流电路的谐波分析,2 交流电源侧谐波电流分析,三相桥式全控整流电路,阻感负载，忽略换相过程和电流脉动

6、，直流电感L为足够大。,以 =30为例，交流侧电压和电流波形如图的ua和ia波形所示。此时，电流为正负半周各120的方波，其有效值与直流电流的关系为,变压器二次侧电流谐波分析：,3.9.1 整流电路的谐波分析,电流基波和各次谐波有效值分别为,电流中仅含6k1(k为正整数)次谐波,各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数,3.9.1 整流电路的谐波分析,3 变流器直流侧电路的谐波分析,3.9.1 整流电路的谐波分析,整流电路的输出电压中主要成分为直流，同时包含各种频率的谐波，这些谐波对于负载的工作是不利的。,1) =0时，m脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐波分析,

7、将纵坐标选在整流电压的峰值处，则在-p/mp/m区间，整流电压的表达式为：,式中，k=1，2，3；且：,对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出：,3.9.1 整流电路的谐波分析,为了描述整流电压ud0中所含谐波的总体情况，定义电压纹波因数 为ud0中谐波分量有效值UR与整流电压平均值Ud0之比：,其中,U为整流电压有效值,3.9.1 整流电路的谐波分析,表3.2 不同脉波数m时的电压纹波因数值,3.9.1 整流电路的谐波分析,负载电流的傅里叶级数可由整流电压的傅里叶级数求得：,当负载为R、L和反电动势E串联时，上式中：,n次谐波电流的幅值dn为：,n次谐波电流的滞后角为：,3.9.1 整流电

8、路的谐波分析, =0时整流电压、电流中的谐波有如下规律：,（1）m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk（k=1，2，3.） 次，即m的倍数次；整流电流的谐波由整流电压 的谐波决定，也为mk次； （2）当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减 小，表明最低次（m次）谐波是最主要的，其它 次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载 电流谐波幅值dn的减小更为迅速； （3） m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减 小，电压纹波因数迅速下降。,3.9.1 整流电路的谐波分析, 不为0时的情况：m脉波整流电压谐波的一般表达式十分复杂，下面给出三相桥式整流电路的结果，说明谐波电压与 角的关系,以n为参

9、变量，n次谐波幅值（取标幺值,）对 的关系如右图所示,当 从0 90变化时，ud的谐波幅值随 增大而增大, =90时谐波幅值最大, 从90 180之间电路工作于有源逆变工作状态，ud的谐波幅值随 增大而减小,3.9.1 整流电路的谐波分析,3.9.2 整流电路的功率因数,整流电路的功率因数定义为整流电路电网侧有功功率P与视在功率S之比。 在正弦电路中，电路的有功功率就是其平均功率，即 式中，U、I分别为电压和电流的有效值； 为电流滞后于电压的相位角。,无功功率定义为： Q=U I sinj,视在功率为电压、电流有效值的乘积，即 所以，正弦电路的功率因数有,3.9.2 整流电路的功率因数,正弦电路的功率因数是由电压和电流的相位差j 决定的,非正弦电路中的情况,有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同,公用电网中，通常电压的波形畸变很小，而电流波形的畸变可能很大。因此，不考虑电压畸变，研究电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波的情况有很大的实际意义。,3.9.2 整流电路的功率因数,设正弦波电压有效值为U，畸变电流有效值为I，基波电流有效值及基波电流与电压的相位差分别用I1和1表示，这时电路的有功功率为 功率因数为：,3.9.2 整流电路的功率因数,基波因数n =I1 / I，即基波电流有效值和总电流有效值之比,位移因数（基波功率因数）cosj 1,3