整流直流电源的分析

1、整流直流电源的分析姜梅生 (浙江兆正机电有限公司,325603)1、问题的提出作为接触器的生产单位，经常会用到直流线圈和直流电源。直流电源一般来说是用交流变直流且未加滤波装置，又是单相整流，直流质量较差，含有较大的交流成份。如果碰到低压直流，对产品的动作特性影响较大。如动作时应为80%Us，有时却不能闭合。查找直流的原因，主要有以下三方面：一是直流电源有较大的交流成份，整流系数低；二是交流侧交流电压读数不是直流侧直流电压读数；三是电压低，线路压降较大，影响到产品的线圈电压。2、几种常用整流波形分析根据傅立叶级数分析,任何一个函数f(t)都可以分解成一系列级数之和。例如下面几种常用整流波形(实际

2、上是脉动的直流)的傅立叶级数如下:2.1 单相半波整流单相半波整流的波形如图1，其直流部份和交流基波（最低次波）波形如图2。单相半波整流波形的傅立叶级数分解如下：直流部分电压UDC=A/交流部分基波电压UAC=(A/2)cost分解为傅立叶级数后的图形如图2。2.2 单相全波整流单相全波整流的波形如图3，其直流部份和二次波（最低次波）波形如图4。单相全波整流波形的傅立叶级数分解如下：直流部分电压UDC=2A/交流部分基波电压UAC=(4A/3)cos2t分解为傅立叶级数后的图形如图4。2.3 三相（半波）整流三相（半波）整流的波形如图5，其直流部份和三次波（最低次波）波形如图6。三相（半波）整

3、流波形的傅立叶级数分解如下：直流部分电压交流部分三次谐波电压分解为傅立叶级数后的图形如图6。2.4 三相（全波）整流直流部分电压UDC=3A/交流部分六次谐波电压UAC=（6A/5)cos6t以上四种整流方法的交流侧、直流侧有关参数见表1。3、关于平均值和有效值3.1 平均值交流电在半周期内，通过电路中导体横截面的电量Q和某一直流电在同样时间内通过该电路中导体横截面的电量相等时，这个直流电的数值就称为该交流电在半周期内的平均值。若以来表示交流电i的平均值，则有：对正弦交流电流，即i=Imsint，则平均值与峰值的关系为：正弦交流电的平均值等于峰值的0.637倍。对正弦交流电来说在上半周期内，一

4、定量的电量以某一方向流经导体的横截面，在下半周期内，同样的电量却以相反的方向流经导体的横截面。因而在一个周期内，流经导体横截面的总电量等于零，所以在一个周期内正弦交流电的电流平均值等于零。如果直接用磁电式电表来测量交流电流，将发现电表指针并不发生偏转。这是因为交流电流一会儿正，一会儿为负，磁电式电表的指针无法适应。如果附有整流器的磁电式电表（例如万用电表中的交流挡）接入交流电路中，那么在一周期内，只有正半周的电流通过电表，负半周期电流则由于二极管而不通过表。在一周期内通过电表的电流平均值为：因为（没有电流流过表），所以：即半波整流后交流电的平均值和最大值的关系为：而交流电的有效值和最大值的关系

5、为：所以：即正弦交流电经半波整流后的平均值只有有效值的0.45倍。3.2 有效值在交流电变化的一个周期内,交流电流在电阻R上产生的热量相当于多大数值的直流电流在该电阻上所产生的热量,此直流电流的数值就是该交流电流的有效值例如在同一个电阻上,分别通以交流电i(t)和直流电I,通电时间相同,如果它们产生的总热量相等,则说这两个电流是等效的交流电的有效值通常用U或I来表示U表示等效电压,I表示等效电流设一电阻R,通以交流电i,在很短的一段时间dt内,流经电阻R的交流电可认为是恒定的,因此在这很短的时间内在R上产生的热量:在一个周期内交流电在电阻上产生的总热量:而直流电I在同一时间T内在该电阻上产生的

6、热量:W=I2RT根据有效值的定义有:所以有效值:根据上式,有时也把有效值称为“平均根值”对正弦交流电,有i=Imsint,故:而其中:所以:可见正弦交流电的有效值等于峰值的0.707倍通常,交流电表都是按有效值来刻度的一般不作特别说明时,交流电的大小均是指有效值例如市电220V,就是指其有效值为220V,其峰值为Um=U=220=311V上述分析了交流电的平均值和有效值。其平均值为0.637倍的峰值，有效值为0.707倍的峰值。交流整流之后的直流值也是平均值。该平均值与整流前的交流平均值是一样的，0.637/0.707=0.9即是整流系数。在实测三相半波整流电流时直流读数高于原边的交流读数，

7、这主要是测量表的误差；目前所用的仪表为数字式万用表，应用磁电式表测直流，用真空毫伏表测直流侧的交流成份。如用电动式表测直流侧的电压，则无法分辨它是交流还是直流。4、直流侧的交流成份对负载的影响前面“问题的提出”，整流后的直流质量差，含有较大的交流成份，例如半波整流，输出直流仅为输入交流有效值的45%，输出交流成份是输出直流的1.11倍，对要求直流质量的设备来说，应减少输出交流成份，提高整流质量。从表1中可以看出，单相半波整流质量最低，输出交流成份最大，整流效果最差，三相半波整流输出交流成份最小，三相全波整流输出直流值最大。从总的效果看，应是三相半波整流效果最好，虽然输出直流值不是最大，但也超过

8、输入交流有效值，且输出交流成份相应较小。三相全波整流，虽输出直流值最大，但输出交流成份也较大。所以实际应用三相半波整流较多。从接触器线圈来分析，输出交流成份对线圈并无多大的不良影响，因为交直流同时在线圈中产品的磁势（安匝数）是叠加的。可以认为：只要保证整流的输出直流电压值，应该说对接触器线圈来说，没有什么影响。本文开头说了，输入交流电压读数不是输出直流电压读数，而试验台上电压仅有测输入交流的电压表，操作者把此电压当成输出直流电压。由于三相半波整流系数为0.9，直流电压值要小一点，直流侧交流成份产生的安匝数则更小。这是因为交流时电感起主要作用，而电感是与匝数成平方关系，这样交流成份产品的磁势（安匝数）就微乎其微，特别是在大规格的线圈。从实际中可知，电阻与起动感抗之比在1.60.1之间，起动感抗几乎是电阻的10倍。例如三相半波整流系数是0.9(从数值上来看应为单相全波整流)，接触器线圈冷态闭合为80%Us，则直流只有0.72，交流成份电压只有0.42（160V/380V）。由于电感大，电流只