第3章 整流电路3

3.4

电容滤波的不可控整流电路3.4.1电容滤波的单相不可控整流电路3.4.2电容滤波的三相不可控整流电路1交—直—交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合大都采用不可控整流电路。最常用的是单相桥式和三相桥式两种接法。由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故也称这类电路为二极管整流电路。3.4

电容滤波的不可控整流电路23.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1、工作原理及波形分析2将副边电压u2

的正半波分为4个过程进行分析①②③④⑤33.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1、工作原理及波形分析2①阶段均不导通，电容C单独向电阻R放电，时，电容电压①d称为“起始导电角”+-43.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1、工作原理及波形分析2②②阶段导通，u2向侧C充电并向R供电；+-属强迫性充电，uc

跟随u2；53.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1、工作原理及波形分析2③阶段+-③在u2最大值处，对电容的充电结束，电容开始放电；但由于u2的下降速度小于电容放电速度，故VD1、VD4仍然导通；属于强迫性放电，uc

跟随u2

；所以电容单独向负载电阻放电的曲线不可能在此处，应向后移动，等待时机；63.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1、工作原理及波形分析73.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1、工作原理及波形分析2③阶段+-③至时，u2

的下降速度才开始大于电容放电速度，故VD1、VD4关断，；所以：83.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1、工作原理及波形分析2④阶段+-④由于u2下降速度大于电容放电速度，故VD1、VD4关断；电容单独向负载放电，放电方程为：副边电压为：应有：93.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1、工作原理及波形分析2④阶段+-④相等由于为第Ⅱ象限角，所以：103.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1、工作原理及波形分析2⑤阶段+-⑤当

t=

，即放电经过(

-

)角时，ud

降至开始充电时的初值，另一对二极管VD2和VD3导通，此后u2又向C充电，与u2正半周的情况一样。113.4.1电容滤波的单相不可控整流电路2、求起始导电角

、导通角

、整流电压平均值Ud⑴电路进入稳定状态后，2将以下两式代入：即可求出

122、求起始导电角

、导通角

、整流电压平均值Ud⑵再利用公式(3-44)即可求出

3.4.1电容滤波的单相不可控整流电路2⑶利用积分法求整流电压平均值Ud即可求出Ud13图3-29

、

与

RC的关系曲线3.4.1电容滤波的单相不可控整流电路2、求起始导电角

、导通角

、整流电压平均值Ud⑷形成曲线143.4.1电容滤波的单相不可控整流电路3、主要的数量关系⑴输出电压平均值Ud重载时，R很小，电容放电很快；或：C=0时，相当于无电容，为电阻性负载；空载时，R=∞，电容无处放电，可画波形图，得知：153.4.1电容滤波的单相不可控整流电路3、主要的数量关系⑴输出电压平均值Ud空载重载图3-30

电容滤波的单相不可控整流电路输出电压与输出电流的关系曲线163.4.1电容滤波的单相不可控整流电路3、主要的数量关系⑵电流平均值⑶二极管承受的电压173.4.1电容滤波的单相不可控整流电路4、感容滤波的单相桥式不可控整流电路实际应用中，为了抑制电流冲击，常在直流侧串入较小的电感。ud

波形更平直，电流i2

的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的。183.4.1电容滤波的单相不可控整流电路4、感容滤波的单相桥式不可控整流电路193.5整流电路的谐波和功率因数3.5.1谐波和无功功率分析基础3.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析3.5.3电容滤波的不可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析3.5.4整流输出电压和电流的谐波分析203.5整流电路的谐波和功率因数——引言1、电力公害①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。②电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危害。③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月1日起开始实施。212、电力公害分为两类

1)功率因数公害：①功率因数降低会导致无功增大，使设备容量增大；

②设备和线路的损耗增加；③线路压降增加，冲击性无功会产生电压剧烈波动。

2)谐波公害：

①产生附加谐波损耗；②影响设备正常运行；

③引起电网局部的并联和串联谐振；

④使继电保护和自动装置误动作；仪表计量不准确；

⑤谐波会对临近的通讯系统产生干扰。3.5整流电路的谐波和功率因数——引言223.5.1谐波和无功功率分析基础1、谐波

电力电子中的U、I一般为周期性的，满足狄里赫利条件，故可分解成如下的傅立叶级数，例如电压：其中，傅立叶级数的系数为：形式一233.5.1谐波和无功功率分析基础1、谐波

对于电压，傅立叶级数也可写成：形式二其中，傅立叶级数的系数有如下关系：243.5.1谐波和无功功率分析基础1、谐波

名词：基波（fundamental）：频率与工频相同的分量如上式中的：谐波（harmonics）：频率为基波频率大于1整数倍的分量如上式中的：谐波次数——谐波频率和基波频率的整数比253.5.1谐波和无功功率分析基础1、谐波

定义：

n

次谐波电流含有率HRIn（HarmonicRatioforIn）电流谐波总畸变率THDi（TotalHarmonicdistortion）总谐波电流的有效值：263.5.1谐波和无功功率分析基础2、功率因数⑴正弦电路中的情况有功功率：无功功率：视在功率：功率因数l：关系：273.5.1谐波和无功功率分析基础3.5.1谐波和无功功率分析基础2、功率因数⑵非正弦电路中的情况有功功率：视在功率：功率因数l：其中：称为位移因数(基本功率因数)，反映相移；

称为基波因数(畸变因数)，反映形状。283.5.1谐波和无功功率分析基础2、功率因数⑵非正弦电路中的情况无功功率定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义P

为由基波电流构成的有功功率：Qf

为由基波电流构成的无功功率：D

为由谐波电流构成的无功功率畸变功率：忽略电压中的谐波时293.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析其中：1、单相桥式全控整流电路

303.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析1、单相桥式全控整流电路

结论：i2总仅含奇次谐波、各谐波有效值与谐波次数成反比、与基波的比值为谐波次数的倒数。其中：313.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析1、单相桥式全控整流电路

基波电流有效值i2电流有效值基波因数由波形图可知功率因数323.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析2、三相桥式全控整流电路

333.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析2、三相桥式全控整流电路

结论：电流中仅含6k±1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343.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析2、三相桥式全控整流电路

基波电流有效值ia

电流有效值基波因数由波形图可知功率因数谐波电流有效值353.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析讨论：①基波因数g与电路形式、负载性质有关：电流波形的阶梯越多，越接近正弦波，

g越接近于1，对功率因数l的影响就越小，可认为：②因为

g一般均大于0.9，所以在实际应用中，如没有其他规定，一般以位移因数作为功率因数，标在铭牌上；③如不考虑换相重叠角：如考虑换相重叠角：④位移因数主要与控制角a、b的大小有关；⑤增加控制角a，会使功率因数降低，常采用降低U2的方法，而不是增加a的方法，以维持一定数值的功率因数。363.5.3电容滤波的不可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析关于功率因数的结论如下：

位移因数接近1，轻载超前，重载滞后。

谐波大小受负载和滤波电感的影响。谐波组成的规律如下：谐波次数为奇次。谐波次数越高，谐波幅值越小。谐波与基波的关系是不固定的。

越大，则谐波越小。1、单相桥式不可控整流电路注意：实际电路中，还再接入感容滤波；373.5.3电容滤波的不可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析2、三相桥式不可控