3整流电路.

第3章整流电路最早的变流电路交流电直流电主要介绍晶闸管(--默认)整流电路晶闸管整流电路例:单相全控、三相半波、三相全控整流电路及输出电压ud比较二极管整流晶闸管整流导通正压即导通正压后延迟α角导通关断电源反压或断流关断输出电流0–-晶闸管整流可调输出的平均电压Udα越小Ud越大常用参量与公式：(1)每电源周期波头数m,波头宽W=2π/m(2)(二极管)自然换流点□：晶闸管反压转正压点(换为二极管判断)□的(正弦)角φ0=π/2-W/2(3)晶闸管的导通延迟角α;(4)一波头内导通角θ输出平均电压(略管损)：φ0+α+θUd=∫umsin(x)dx/W=um[cos(φ0+α)-cos(φ0+α+θ)]/Wφ0+α最大值(α=0,θ=W二极管整流)：Udm=umsin(W/2)/(W/2)常见工作方式：连续导通θ=W：Ud=Udmcosα0压点(φ0+α+θ=π)关断：Ud=Udm[cos(φ0+α)+1]/[2sin(W/2)]整流公式注：Ud=um[cos(φ0+α)-cos(φ0+α+θ)]/WUdm=umsin(W/2)/(W/2)Ud=Udm[cos(φ0+α)-cos(φ0+α+θ)]/[2sin(W/2)](1)θ=W(φ0=π/2-W/2)[]=cos(π/2-W/2+α)-cos(π/2+W/2+α)=2cos(α)sin(W/2)Ud=Udmcosα(2)0压点(φ0+α+θ=π)关断Ud=Udm[cos(φ0+α)+1]/[2sin(W/2)]53.1单相(半波)可控整流电路略------自学3.1.2单相桥式全控整流电路要同时导通两管形成输出回路电源正半周触发V1V4,负半周触发V2V3波头数m=2,宽W=π,φ0=90o-W/2=0Udm=umsin(W/2)/(W/2)=1.414U2/(π/2)=0.900U2电阻负载时波形如图--udid同相ud到0压点则VT先断流后反压关断平均Ud=Udm[cosα+1]/2，Id=Ud/R理论α：0-180o实际有最小最大α限制器件:平均IVT=Id/2，峰值uVm=u2m=1.414U2交直电流有效值:最大I2=U2/R(全导通值。α=30o时降到90%)用于交流变压器容量(S=U2I2)、及导线选择计算7RE(反电动势)负载|u2|E时晶闸管才可触发导通。α范围缩小，id断续不平稳多用小功率充电器8RL(E)负载--用L平稳电流设L大电感则稳态id0“连续”，可近似水平线。波形----ud有负值,平均值Ud下降(注:ud0时id↓,电感eL0与id同向回路总电势u2+eL-E0,维持VT仍导通）id连续条件下θ=WUd=Udmcosα输出电流较平直时id=Id平均值和有效值:Id=(Ud-E)/R0!管平均IV=Id/2最大uVm=u2m=1.414U2交流电流有效值:I2=Idu9电流断续影响L或Id过小或α过大，电流会断续id断续期间:ud=反电势E(正或0)--不为负--平均值Ud增大断流升压--电力电子设备通则相当有电压扰动，不利于控制因导通角θW公式Ud=Udmcosα无效！（单相Ud=Udm[cosα–cos(α+θ)]/2)但仍：电路有效！，α：0～180度可调！α↓→Ud↑！电流连续的电感参考值dmin23dmin21087.222IUIUL103.1.3单相全波(双半波)可控整流电路直流侧与交流输入侧波形与单相全控桥相同电路特点：变压器结构耗材多。晶闸管少，回路管压降小晶闸管承受电压高(是全控桥的2倍)。---常用于在低压大电流的场合。113.1.4单相桥式半控整流电路晶闸管少，电路简化。ud变负时续流二极管导通期间：原导通晶闸管反压关断整流器断流；id由续流管续流ud=0无负值，Ud提高电压波形同R负载，电流波形同RL负载Ud=0.9U2[cosα+1]/2Id=（Ud-E）/R由于续流,晶闸管电流减小12半控桥续流管防失控有一晶闸管不通时,如无续流管则输出半波整流波形（例下图：V1保持导通，u2为正时V4通，为负时V3通）133.2三相可控整流电路三相电源供电,容量大。直流侧脉动电压较小频率高、易滤波。应用最广是三相全控桥整流电路。14共阴极3.2.1三相半波整流电路交流网电流不平衡常用于小功率电路或共阴/阳极搭配平衡交流波头数m=3宽W=2π/3(120°)-每120o换相,φ0=90o-W/2=30oUdm=umsin(W/2)/(W/2)=1.17U2如U2=220VUdm=257V可带220V直流机电流连续时仍Ud=UdmcosαR负载且αφ0Ud=Udm[cos(30o+α)+1]/√3Id=(Ud-E)/R晶闸管：平均IV=Id/3，峰值uVm=线电压峰值uLm=√6U2153.2.2三相全控桥整流电路--应用最为广泛上下半桥分别为最大小值电路输出为最大线电压导通顺序：1&2,2&3,3&4,4&5,5&6,6&1（用双脉冲或宽60°以上脉冲列同时触发一对管）每60度换相，ud一电源周期6波头，有利直流平波16m=6个波头,波头宽W=π/3(=60o)—每60o换相,φ0=90o-W/2=60oUdm=umsin(W/2)/(W/2)=1.35UL=2.34U2电流连续时仍Ud=Udm*cosα-单相、三相半波、全波相同(R负载且αφ0Ud=Udm[cos(60o+α)+1]波形略)Id=(Ud-E)/R晶闸管同半波电路平均IV=Id/3，uVm=线压峰值=√6U2L平波id平稳时交流电流i2为120o矩形波有效值I2=Id√(2/3)=0.816Id电压电流Δ侧相电流iabc与Y相电流波形相同线iA=相ia-ic=(1+q-60°)ia如ia为120o宽矩形波，则iA为凸形波而如ia为凸形波，则iA为120o宽矩形Δ/Y变压器Δ相、线电流3种波形分析相互关系如图谐波分析方波矩形波凸形波谐波奇2k+1奇非3:6K±1谐In/基I11/n1/n1/n基I1/总I0.90.9550.955183.3变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感LK使接、卸流管同时导通--有换流重叠角γ例三相半波，ab换相:ib由0升至Id,ia由Id降至0,期间：ud=ua-Lkdia/dt=ub-Lkdib/dt=(ua+ub)/2,(ia+ib=Id不变)压损Δud=ub-ud=Lkdib/dt平均值ΔUd=∫γΔuddωt/W=(ωLk/W)Δib=RxIdRx=Xk/W=mfLk--无功耗内阻等效电路如图--记注:单相全控桥二对管同时换流压损加倍Rx=2Xk/W193.3漏感影响例P98-17：Rx=mfLK=6*50*1mH=0.3ΩUdm=2.34*220=515V，“空载”Ud0=515*cos60Of=257VId=(Ud0-E)/(Rx+R)=(257-200)/(0.3+1)=44.2AΔUd=RxId=0.3*44.2=13VUd=Ud0-ΔUd=244Vγ:-----随LB,Id增大由2ΔUd=Udmcosα-Udmcos(α+γ)≈γUdmsinαγ≈[2ΔUd/(Udmsinα)]*57.3°上例：γ≈3.39°(3.34°)交流侧电感影响整流器换流变缓有利安全，但输出电压降低。（书：电压跳变干扰增多、引起误导通、、？）203.4电容电感滤波的二极管整流3.4.1单相电容滤波--常用于家电交流电流超前C越大-ud越平-C放电越长-交流供电越短：交流电流越尖(高窄)高次谐波越强。.性能:输出越好；输入越差：输出:Ud空载u2m~重载0.9U2Id=Ud/R估算C=Id*放电t/ΔU电感电容滤波直流ud更平缓交流i2谐波减小,但相位更滞后输入输出性能改善213.4.2三相电容滤波输出Ud重载2.34U2~空载2.45U2(峰值)轻载(或大C)时ud平稳但交流电流尖窄断续输出好输入差LC滤波：同单相输出电压电流更平缓223.5整流电路的功率因数和谐波电网电压基本为基波U.只与电流的基波I1产生有功功率P=U*I1*基波cosφ1(=Ud*Id--略设备功耗)而视在功率:S=U*总有效值I,I=√(∑In2)--基谐波功率因数:λ=P/S=(I1/I)cosφ1=基波系数v1*基波cosφ1≠cosφ1无功功率:可定义Q=√(S2-P2)电力电子设备产生无功(reactivepower)和谐波(harmonics)无功与谐波会引起：设备容量增加效率降低；设备和线路的损耗压降增大谐波还可引起电网局部谐振，干扰电子设备(通信继电保护自动装置)233.5.2整流电路功率因数和交直流谐波功率因数设整流电路带大L负载，电流平直单相全控：λ=P/S=UdId/(U2I2)=0.9cosα三相全控：λ=P/S=UdId/(3U2I2)=0.955cosα由电流波形v1=.9/.955而基波电流滞后正是α--α越近90度,|Ud|越小功率因数越低交流谐波单相奇次2k+1=3,5,7三相奇非36k±1=5,7,11,13直流谐波m倍次：单相全控2倍次三相全控6倍次谐波次数越高,幅值越小--m次谐波最大平波电感使谐波更小α越近90：直流谐波越大三相全控桥243.6大功率可控整流电路3.6.1双半波整流交流侧电流平衡比桥式:输出电流可大一倍管压降小功耗小一半。单管触发简单但需双绕组变压器.--适合低压大电流输出ud=(ud1+ud2)/2–两个差60°的三脉波合成6脉波电压电流波形同三相桥253.6.2多重化整流电路1)移相多重并/串联整流器作用减小交直流谐波升直流谐波频率--可减小电抗器。并联需加平衡电抗器例移相30度并串联三相桥--直流12脉波整流26移相30串联2重交流电流Δ组的n=6+12k±1=5,7,17,19,,,次电流谐波：线电压电流基波后移30°,谐波后移n*30°=180°±30°线-相电流又前移±30°，即与Y组反相而抵消----消除5,7,17,19,,,次谐波,基波系数v1提高到0.9886功率因数0.9886cosa27三相桥移相多重直流交流脉波数最低谐波基波系数位移因数移相30二重2*611,130.989cosα移相20三重3*617,190.995cosα移相15四重4*623,250.997cosα~1.0不变---移相多重主要减小交直流谐波282)程控串联多重--提高功率因数不降交流谐波用于电气机车。一个桥调压其它0压或满压0压组:管1&2或4&3触通.调压组:正半周:1&2_α_1&4;负半周:3&4_α_2&3.输出无负压满压组:α=0，4个管全触通初始3组0压。I组调压至满压后,II组调压,…28db)c)iId2IduOa+a29功率因数K组全通时Ud=K*0.9U2+0.9U2(1+cosα)/2I2=Id√[αK2+(π-α)(K+1)2]/πλ=P/S=UdId/U2I2功率因数比单桥大大提高输出电压30%时功率因数0.8303.7有源逆变逆变直流交流。有源逆变:交流侧为电网(无源逆变—变流侧为负载)应用：直流可逆调速,交流绕线机调速,高压直流输电,….电路:可用能输出负电压的整流电路如全控桥例下图单相桥，直流侧电势E方向与id相同，帮助晶闸管导通。使α90o时能输出平均值Ud0，而整流器总Id0，即输出P0—整流器吸收直流侧的功率由交流波形，电网吸收功率。313.7.1有源逆变逆变的条件(1)有直流电动势E，方向和id一致(2)有足够大的平波电抗,维持电流连续.(3)α90°，使Ud为负值。（注:半控桥或有续流管的整流电路，ud无负值，不能有源逆变。逆变角β=180o-α=0~90°时,称Ud=-Udm*cosβ0逆变323.7.2三相桥有源逆变有源逆变计算公式与整流相同例:三相桥U2=110V,反电势E=-200VRx=0.3Ω,R=1Ωα=120°(β=60°)Ud0=Udmcosα=2.34*110*cos120=-128.7VId=(Udα-E)/(Rx+R)=[-128.7+200]/1.3