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3.4电容滤波不可控整流电路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¾在交—直—交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，大量应用。¾最常用的是单相桥和三相桥两种接法。¾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。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1.工作原理及波形分析图1电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a)电路b)波形¾基本工作过程：•在u2正半周过零点至ωt=0期间，因u2ud，故二极管均不导通，电容C向R放电，提供负载所需电流。•至ωt=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载R供电。3.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1.工作原理及波形分析电源电压固定时，δ和θ仅由乘积ωRC决定。0102030405060θδωRC/radπ/6π/3π/22π/35π/6πδ,θ/rad2.主要的数量关系1）输出电压平均值¾整流电压平均值Ud可根据前述波形及有关计算公式推导得出，但推导繁琐。z空载时(R=∞)，。z重载时(R≈0)，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。z通常在设计时根据负载的情况选择电容C值2d2UU=2.主要的数量关系2）电流平均值输出电流平均值IR为：IR=Ud/RId=IR二极管电流iVD平均值为：IVD=Id/2=IR/23）二极管承受的电压22U2d2UU=电力电子电路稳态工作时，一个周期内流过电容的电流平均值为零，电感上的电压平均值为零，即都不做功。电力电子电路稳态工作时，一个周期内流过电容的电流平均值为零，电感上的电压平均值为零，即都不做功。0LdUUIR==d¾感容滤波的二极管整流电路9实际应为此情况，但分析复杂。9ud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。感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a）电路图b）波形3.4.1电容滤波的单相不可控整流电路1.基本原理¾某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。¾当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规律下降。图电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形3.4.2电容滤波的三相不可控整流电路3在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的3.4.2电容滤波的三相不可控整流电路根据边界条件电流id断续和连续的临界条件wRC=3a)+abcTiaRCudidiCiRVD4VD6VD1VD3VD5VD2b)Oiaudiduduabuac0t3tiCRiCR电容滤波的三相桥式不可控整流电路重载时波形a）ωRC=b）ωRC33在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的!3.4.2电容滤波的三相不可控整流电路根据边界条件电流id断续和连续的临界条件wRC=333¾考虑实际电路中存在的交流侧电感以及为抑制冲击电流而串联的电感时的工作情况：¾电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工作。随着负载的加重，电流波形与电阻负载时的交流侧电流波形逐渐接近。电容滤波的三相不可控整流电路2.4.23.53.5交流电源回路电感效应交流电源回路电感效应前面在讨论整流电路工作过程和数量关系时,认为换流是瞬间完成的，忽略了交流电源回路的电感。但是，实际交流回路中总要存在一定的电感，如:输电线路的自感，变压器的漏感，专门附加的电感等。在分析其影响时，通常用一个接于变压器出口的等效集中电感表示。由于交流电源回路电感的作用，整流电路的换相不能瞬间完成，存在一个换相过程。各种整流电路都是同一接线组元件间换相，换相过程的等效电路是相同的。现以三相半波为例进行分析，其结论可以推广到其它电路。RabcTLudicibiaLSLSLSVT1VT2VT3ib交流电源回路电感效应一.三相半波可控整流电路换相过程分析图中LS为交流电源回路总电感，在无附加电感的条件下，该电感主要是整流变压器的漏感LT。为简化换相过程的分析，假定:⑴大电感负载id=Id，⑵忽略回路电阻的影响Rs=0。RabcTLudicibiaLSLSLSVT1VT2VT3ib三相半波可控整流电路换相过程分析RabcTLudicibiaLSLSLSVT1VT2VT3ikVT1换相至VT2的过程：1.换相过程及波形分析¾因a、b两相均有漏感,故ia、ib均不能突变。换相过程不能瞬间完成，于是VT1和VT2同时导通，相当于将a、b两相短路.¾换相过程中，ib是逐渐增大的，而ia=Id-ib是逐渐减小的，当ib增大到等于Id时，ia=0，VT1关断,换流过程结束。三相半波可控整流电路换相过程分析2.换相重叠角定义：换相过程持续的时间，用电角度γ表示ddabadbiIdidiiIidtdt===−∴=−因为假定常量，所以换相期间：222abbbaasdbassbabbsdddididiuuuLuuuLLdtdtdtdiuuuLuudt−⎧⎧=+−=⇒=⎪⎪⎪⎪⇒⎨⎨+⎪⎪=+=⎪⎪⎩⎩∵换相重叠角⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=3cos23cos222πωπωtUutUuab设222sinsin3bauuUtπω∴−=tUdtdiLbsωπsin3sin2222=⇒22112sinsin()6sin()32bssdiUtdtUtdtLLπωωωωωω⇒==001:6sin2dIbsbbdstiUtdtditiILαγαωαωωωαγω+==⎧=⎨=+=⎩∫∫已知两边求积分得()()2266cos|coscos22dssUUItLxαγαωααγω+⇒=−=−+⎡⎤⎣⎦换相重叠角dSILγαα受负载电流，交流回路电感和控制角的影响.固定时：()2222coscosarccoscos66dsdsIxIxUUααγγαα⎡⎤−+=⇒=−−⎢⎥⎣⎦∵090dSILγγααγ≤增大，增大；增大，也增大；当时，越小则越大。交流电源回路电感效应dadbabddddd,=-dddd2ababssiiiiuuLuuLttttuuu=−=−+=换相期间相当于电源的两相经交流回路的电感及晶闸管短路，电压降落在两相电感上，则而则二.换相过程对半波可控整流电路的影响.ddduuUΔ输出电压为两相电压的平均值，波形中出现一个缺口，从而造成输出平均电压损失换相过程对半波可控整流电路的影响()()()()()为其等效内阻＝式中，为：路而言，平均电压损失对三相半波可控整流电ππωπωπωωωπωπωπωπωπγααγααγααγααγαα232323232323223223230sxdxdsdsIbsbsbsababbdbdxRIRIxILdiLtdtddiLtddtdiLtduutduuutduuUd======−=⎟⎠⎞⎜⎝⎛+−=−=Δ∫∫∫∫∫∫+++++换相压降—与不考虑变压器漏感时相比，Ud平均值降低的数值。交流电源回路电感效应dadbbad,ddddd=-dddd2asbsabbiuuLtiuuLtiittiuut=−=−−=换相期间相当于电源的两相经交流回路的电感及晶闸管短路，电压降落在两相电感上，则而则二.换相过程对半波可控整流电路的影响换相过程对半波可控整流电路的影响从换相过程分析可知，电源电感Ls中的储能总是从原来导通相转移到新导通，不产生电能损耗，故等效阻抗Rx上只产生换相压降，不产生电能损耗变压器漏抗对各种整流电路的影响dUΔdBIXπdB2IXπdB23IXπdB3IXπdB2ImXπ)cos(cosγαα+−2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIπsin22Bd电路形式单相全波单相全控桥三相半波三相全控桥m脉波整流电路①②表2-2各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算注：①单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表最后列所列通用公式不适用；②三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。23U23U电源回路电感对整流电路影响的一些结论:¾出现换相重叠角γ，整流输出电压平均值Ud降低¾整流电路的工作状态增多¾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/dt¾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¾换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。思考：电源回路电感对并有续流二极管整流电路是否有影响（α30度时）？考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路波形RabcTLudicibiaLsLsLsikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubuc考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路波形RabcTLudicibiaLsLsLsikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubuc考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路波形RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubuc