【正文】 Ih為總諧波電流有效值） ( % )1001?? IITH D hi(356) (357) (358) 68 諧波和無功功率分析基礎(chǔ) ■ 功率因數(shù) ◆ 正弦電路 ? 有功功率就是其平均功率： ? ????? p ?wp 20 c os)(2 1 IUtiduP式中 U、 I分別為電壓和電流的有效值， ?為電流滯后于電壓的相位差。 66 ■ 諧波 ◆ 正弦波 電壓可表示為 式中 U為電壓有效值； ?u為初相角； w為角頻率， w=2pf=2p/T；f為頻率； T為周期。 ◆ 影響用電設(shè)備的正常工作。 ■ 無功的危害 ◆ 導(dǎo)致設(shè)備容量增加。 圖 334 考慮電感時電容濾波的三相橋式整流電路及其波形 a）電路原理圖 b）輕載時的交流側(cè)電流波形 c）重載時的交流側(cè)電流波形 63 ■ 主要數(shù)量關(guān)系 ◆ 輸出電壓平均值 ? Ud在（ ~）之間變化。 ◆ VD1一直導(dǎo)通，交替時由 VD6導(dǎo)通換相至 VD2導(dǎo)通， id是 連續(xù) 的。 ◆ ud波形更平直，電流 i2的上升段平緩了許多，這對于電路的工作是有利的。 將 u2代入并求解得： 而負(fù)載電流為： 于是 電容濾波的單相不可控整流電路 )s i n (2 22 dw ?? tUu????????? 2021)0(s i n2)0(udtiCuUutCdd d)c o s (2 2 dww ?? tCUi C)s in (2 22 dw ??? tRURui R)s in (2)c o s (2 22 dwdww ?????? tR UtCUiii RCd(337) (338) (339) (340) (341) 58 電容濾波的單相不可控整流電路 RCwdq ??? )(tgddq w qp s in2)s in (2 22 UeU RC ??? ??)(a rc t g RCwdqp ???dww w dw w s in1)()(a r c t g2?????? RCRC RC eeRCRC0 1 02 0 3 04 05 06 0p/ 6p/ 3/ 25 / 6w R C / r a dqd2 / 3d?q/rad可由式（ 345）求出 d，進而由式（ 344）求出 q , 顯然 d 和 q 僅由乘積w RC 決定。 電容開始以時間常數(shù)RC按指數(shù)函數(shù)放電 。 ■ 由于電路中的電力電子器件采用 整流二極管 ，故也稱這類電路為 二極管整流電路 。 二極管電流和變壓器二次測電流的有效值分別為 IVD＝ Id∕3＝ ∕3＝ （ A） I2a＝ Id＝ （ A） ud、 iVD1和 i2a的波形如 ?圖 327所示。 53 變壓器漏感對整流電路的影響 例：三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載， R=5Ω， L=∞， U2=220V， XB=，求 Ud、 Id、 IVD、 I2和 g的值并作出 ud、 iVD和 i2的波形。 ? 整流電路的工作狀態(tài)增多。 ? 換相過程持續(xù)的時間用電角度 g表示，稱為 換相重疊角 。 ■ 現(xiàn)以三相半波為例來分析，然后將其結(jié)論推廣 ◆ 假設(shè)負(fù)載中電感很大， 負(fù)載電流為水平線 。 ◆ 當(dāng)整流變壓器為圖 317中所示采用 星形接法 ，帶阻感負(fù)載時，變壓器二次側(cè)電流波形如圖 323中所示，為正負(fù)半周各寬120?、前沿相差 180?的矩形波，其有效值為： 晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。 ? 當(dāng) a60?時 √由于電感 L的作用， ud波形會出現(xiàn) 負(fù)的部分 。 √ 常用的是雙脈沖觸發(fā)。 √ 同一相的上下兩個橋臂，即 VT1與 VT4， VT3與 VT6， VT5與 VT2，脈沖相差 180? 。 √ a=90?時的波形見 ?圖 322。波形見 ?圖 319 時段 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管 VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5 共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管 VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6 整流輸出電壓 ud uaub=uab uauc=uac ubuc=ubc ubua=uba ucua=uca ucub=ucb 表 31 三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載 a=0?時晶閘管工作情況 動畫演示 41 三相橋式全控整流電路 √ a=30?時，晶閘管起始導(dǎo)通時刻推遲了 30?，組成 ud的每一段線電壓因此推遲 30?， ud平均值降低，波形見 ?圖 320。 ◆ 晶閘管的導(dǎo)通順序為VT1VT2VT3VT4VT5VT6。 三相半波可控整流電路 ac o 2d UU ?0 30 60 90 1 2 0 1 5 00 . 40 . 81 . 21 . 1 7321a / ( 176。 ? a＞ 30?時，當(dāng) u2過零時，由于電感的存在，阻止電流下降，因而 VT1繼續(xù)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管 VT2的觸發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，由 VT2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時向 VT1施加反壓使其關(guān)斷。 ? 整流電壓平均值 √a≤30?時，負(fù)載電流 連續(xù) ，有 當(dāng) a=0時， Ud最大，為 Ud=Ud0=。 圖 314 三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， a=30?時的波形 動畫演示 32 三相半波可控整流電路 w w t t w t w t a =60176。 u 2 u a u b u c O w t O w t O w t O w t O w t u G u d u ab u ac w t 1 i VT 1 u VT 1 u ac ? a=0?(波形見上頁 ) √三個晶閘管輪流導(dǎo)通120? ， ud波形為三個相電壓在正半周期的 包絡(luò)線 。 ? 假設(shè)將晶閘管換作二極管，三個二極管對應(yīng)的相電壓中哪一個的值最大，則該相所對應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的 相電壓 。 ■ 最基本的是 三相半波 可控整流電路 。 ◆ 這種接法的兩個晶閘管 陰極電位 不同，二者的觸發(fā)電路需要 隔離 。 O b) 2 O u d i d I d O O O O O i 2 I d I d I d I I d a w t w t w t w t w t w t w t a p ? a p ? a i VT 1 i VD 4 i VT 2 i VD 3 i VD R u 26 單相橋式半控整流電路 ◆ 續(xù)流二極管 VDR ? 若無續(xù)流二極管，則當(dāng) a突然增大至 180?或觸發(fā)脈沖丟失 時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使 ud成為 正弦半波 ，即半周期 ud為正弦，另外半周期 ud為零，其平均值保持恒定，相當(dāng)于單相半波不可控整流電路時的波形，稱為 失控 。 ? u2過零變負(fù)時，因電感作用使電流連續(xù)， VT1繼續(xù)導(dǎo)通，但因 a點電位低于b點電位，電流是由 VT1和 VD2續(xù)流 ，ud=0。 ◆ 從上述后兩點考慮，單相全波電路有利于在 低輸出電壓的場合應(yīng)用。 ? 變壓器也 不存在直流磁化 的問題。 ＝ (V) Id ＝ (Ud－ E)/R＝ (－ 60)/2＝ 9(A) I2＝ Id＝ 9(A) ③ 晶閘管承受的最大反向電壓為： U2＝ 100 ＝ （ V） 流過每個晶閘管的電流的有效值為： IVT＝ Id∕ ＝ （ A） 故晶閘管的額定電壓為： UN＝ (2~3) ＝ 283~424（ V） 晶閘管的額定電流為： IN＝ (~2) ∕ ＝ 6~8（ A） 晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。 21 2s i n UE??d (316) 20 t w w O u d 0 E i d t p d a q = p 單相橋式全控整流電路 ? 為了克服此缺點，一般在主電 路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個 平波 電抗器 。 ? 觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng) wt=d 時刻有晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。 ◆ 電路分析 ? |u2|E時，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。 晶閘管 移相范圍 為 90?。 ? u2過零變負(fù)時，由于電感的作用晶閘管 VT1和 VT4中仍流過電流 id，并不關(guān)斷。 可見， α 角的 移相范圍 為 180?。 ? 到 u2過零時，電流又降為零， VT2和VT3關(guān)斷。 ? 在 u2正半周（即 a點電位高于 b點電位） √若 4個晶閘管均不導(dǎo)通， id=0,ud=0, VT VT4串聯(lián)承受電壓 u2。 u 2 u d i d u VT i VT I d I d w t 1 w t w t w t w t w t w t O O O O O O p a p + a b) c) d) e) f) g) i VD R a) 圖 34 單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形 動畫演 示 12 ? 基本數(shù)量關(guān)系 √流過晶閘管的電流平均值 IdT和有效值 IT分別為： √續(xù)流二極管的電流平均值 IdDR和有效值 IDR分別為 √其移相范圍為 180?，其承受的最大正反向電壓均為 u2的峰值即 。 √為解決上述矛盾，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)一個二極管，稱為 續(xù)流二極管 ，用 VDR表示。 求解式（ 32）并將初始條件代入可得 : 單相半波可控整流電路 VT b) R L u 2 tURitiL ws in2dd 2dd ??)s in (2)s in (2 2)(2 ?w?a aww ????? ?? tZ UeZ Ui tLRd 式中， ， 。 ? 以前述單相半波電路為例 √當(dāng) VT處于斷態(tài)時，相當(dāng)于電路在 VT處斷開， id=0。 ? wt2時刻，電感能量釋放完畢， id降至零， VT關(guān)斷并立即承受反壓 。 ◆ 電路分析 ? 晶閘管 VT處于斷態(tài) ,id=0,ud=0,uVT=u2。 ? q： 晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角。 ◆ 改變觸發(fā)時刻， ud和 id波形隨之改變，直流輸出電壓 ud為極性不變，但瞬時值變化的 脈動直流 ，其波形只在 u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱 “ 半波 ” 整流。 ◆ 按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，分為單拍 電路和 雙拍 電路。第 3章 整流電路 單相可控整流電路 三相可控整流電路 變壓器漏感對整流電路的影響 電容濾波的不可控整流電路 整流電路的諧波和功率因數(shù)