【文章內(nèi)容簡介】 電容濾波的三相橋式不可控整流電路如圖 3－ 2 所 示。假設(shè)該電路已工作于穩(wěn)態(tài)，同時由于實際中作為負載的后級電路穩(wěn)態(tài)時消耗的直流平均電流是一定的。所以以電阻 R 作為放電。按照線電壓提供給每對二極管最高電壓時導(dǎo)通的規(guī)律，當(dāng)某一對二極管導(dǎo)通時，輸出直流電壓等于交流側(cè)線電壓中最高的一相。該線電壓既向電容供電，也向負載供電。當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通則由電容向電阻放電，直流側(cè)輸出電壓按指數(shù)規(guī)律下降。 圖 3－ 3 給出了此電路的理想工作波形。設(shè)二極管在距線電壓過零點 s角處開始導(dǎo)通，并以二極管 VD6 和 VD1 開始導(dǎo)通的時刻為時間零點，則線電壓為 2 6 2 sin ( )u l U t???? （ 31） L1L2L3CiidVD1 VD3 VD5VD4 VD6 VD2 在 Wt=0 時，二極管 VD6 和 VD1 開始同時導(dǎo)通，直流側(cè)電壓等于 Uuv。下一次同時導(dǎo)通的一對二極管是 VD1 和 VD2，直流側(cè)電壓等于 Uvw。這兩段導(dǎo)通過程之間的交替，由于負載的大小，存在著 id 斷續(xù)和連續(xù)的兩種情況：一種，當(dāng) Wt=0 時，線電壓 Uuv，經(jīng)二極管 VD VD6 一方面向負載及提供 電流，另一方面向電容器 C 充電，直流側(cè)電壓 ud 等于 Uab， Uab 達到最大值后又按照正弦規(guī)律下降，當(dāng) Uab＜ ud， VD VD6 受反向電壓作用而關(guān)斷，電容C 經(jīng) R 放電，提供負載所需電流，同時 ud 按指數(shù)規(guī)律下降。當(dāng) Uuw 大于 ud時 ,vD vD2 受正向電壓導(dǎo)通。直流側(cè)電壓變?yōu)?Uuw，工作過程類似前段，以后過程以此類推。由于電容措 C 反復(fù)進行充放電，負載電壓中紋波成分較小，平滑性好且平均值增大。這種情況下交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流 id 是斷續(xù)的。另一種情況是 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， 直流側(cè)電壓為線電壓的包絡(luò)線。介于 id 連續(xù)與斷續(xù)的臨界情況是， VD6 和 VD1 同時尋通的階段與 VD1 和 VD2；同時導(dǎo)通的階段在ω t 十δ＝ 2π /3 處恰好銜接起來 ,id 恰好連續(xù)。 圖 32 三相不可控整流濾波電路 13 可以根據(jù)下列公式，確定臨界條件。在 VD6 和 VD1 導(dǎo)通期間，以下方程成立 202( 0 ) 6 s i n1( 0 )dtd t luUu i d t uC??????? ??? (32) 式中， ud（ 0）為 VD VD1 開始導(dǎo)通時刻直流側(cè)電壓值。 26 c os( )ci C U t? ? ??? (33) 而負載電流為 226 sin ( )LRuUitRR ??? ? ? (34) 22 66 c o s ( ) s in ( )d C R Ui i i C U t tR? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? (35) 23t ????? (36) 3RC? ? (37) 在ω t 十δ＝ 2π /3 處， VD6,VD1 與 VD VD2 換相， id=0 將其代入式 (35)得 3RC? ? (38) 這就是臨界條件。ω RC= 3 和 ω RC≤ 3 分別是電流 id 斷續(xù)和連續(xù)的條件。對于一個確定的裝置來講，通常只有 R 是可變的。它的大小反映了負載的輕重。因此可以說，直流側(cè)從交流側(cè)獲得的充電電流在輕載時是斷續(xù)的，在重載時是連續(xù)的，分界點就是 R＝ 3 /（ω C）。 圖 33 為三相不可控整流濾波電路的輸出波形圖。 14 三 相整流橋的保護 整流二極管耐壓能力是很有限的 ,即使超過元件的反向擊穿電壓數(shù)值不多，時間不長 ( ),都有可能使元件反向擊穿 ,造成損壞 .另外 ,過電壓超過整流二極管的正向轉(zhuǎn)折電壓后 ,就會出現(xiàn)誤導(dǎo)通 ,這種誤導(dǎo)通如果次數(shù)頻繁 ,導(dǎo)通后通過的電流較 大 ,也可能使元件損壞。因此必須采取措施消除過電壓。 對于交流側(cè)那些持續(xù)時間長，能量較大的尖峰過電壓采用 Y型連接的壓敏電阻來吸收；對于交流側(cè)那些持續(xù)時間短，能量較小的尖峰過電壓采用 Y型連接的阻容來吸收；對于直流側(cè)的過電壓采用并聯(lián)一個壓敏電阻。 整流二極管雖能承受一定的過電流，但在短路活過載時，如果有超過元件所能承受的過電流，而切斷的時間稍慢，就會造成整流二極管元件的損壞，過電流的保護也很重要。所以采用元件與快速熔斷器串聯(lián)來吸收過電壓。 平波濾波器的設(shè)計 平波濾波器的結(jié)構(gòu) 平波濾波器中平波電 抗器的作用主要有兩個：一是使整流電壓趨于平滑 ,限制流過電力二極管的電流尖峰 ；二是使輸入功率因數(shù)提高。我們有兩種方案來安置濾波電感。其一是把電感放在直流側(cè)，如圖 32所示。另外一種方案是把電感放在交流側(cè)，如圖 34所示。這兩種形式，都能夠使直流側(cè)電壓足夠平滑。 圖 33 三相不可控整流橋波形圖 15 Ci圖3 3 平波濾波器的另一種結(jié)構(gòu)idVD1 VD3 VD5VD4 VD6 VD2 但是在相同的電感量下，對與圖的結(jié)構(gòu)，對電網(wǎng)引起的諧波電流含量較圖 31小得多。所以在對諧波要求比較苛刻得時候，應(yīng)該選圖 3－ 3所示結(jié)構(gòu)。圖 31與之相比，最大得優(yōu)勢就是只使用一只電感，無 論在結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，還是成本上都要低得多。而且理論上這種結(jié)構(gòu)可以達到得最高輸入功率因數(shù)為 。這對于一般系統(tǒng)得要求，已經(jīng)使綽綽有余了。所以，在這里我們用了圖 3－ 1的結(jié)構(gòu)。 平波濾波器的計算 參考有關(guān)資料得到這樣一個經(jīng)驗公式： Po*Li=15 （ 39） 例如 Po=30kW，對應(yīng)的 Li=。對交流波紋電壓進行衰減，取 1/10，所 以濾波電容的值可按如下公式計算： Ci= 1036 Liωω （ 310） 式中 ω=2π f，當(dāng) Li=， Ci=5635μ F?？紤]到電解電容的等效串聯(lián)電阻和電感的影響，實際應(yīng)用當(dāng)中的電容值應(yīng)該乘上 ～ 。所以，實際上電容 Ci=7050μ f。 本設(shè)計中，濾波電容 Ci參數(shù) Udm=UL+U1=200+％ = 耐壓 Uc=～ ==221V，取 Uc=250V 由公式 (39) 得 輸出功率 Po=10KW,Li= 由公式 (310)得 電容 Ci=2050μ f，取 Ci＝ 2200μν 所以濾波電容為 2200μ f/250V， CJ10。 平波電抗器 Li參數(shù) 電感 Ii＝ 通過電流 I=50A 16 所以平波電抗器為 LG2。 電阻為 RYGAE。 直流基壓電路的計算 整 流二極管的計算 表 3－ 1 三相不可控整流電路主要參數(shù) 電路形式 輸 出 直 流 電壓 輸 出 直 流 電流 二 極 管 承 受最 大 反 向 電壓 通 過 每 只 二極 管 平 均 電流 三相半波 三相橋式 雙向星形 (新編電氣工程師使用手冊（下冊） 中國水利水電出版社 ) UDM==209V ID(AV)=Io/3=50/3=17A 故 VD 取快恢復(fù)二極管 PFR— 104 整 流變壓器的計算 U1=380V,Ud=200V 1 U2電壓的計算 U2=(1～ )Ud/(Aε B) (311) A—— 理想情況下，α＝ 0176。時整流電壓 Ud0與二次電壓 U2之比，即 A＝Ud0/U2； B—— 延遲角為α是輸出電壓 Ud與 Ud0之比，即 B＝ Ud/Ud0； ε＝電網(wǎng)波動系數(shù)，通常取ε＝ ； 1～ —— 考慮各種因素的 安全系數(shù)。 取 A＝ , B=1, ε＝ U2=179。 200/(179。 1179。 )= 電壓比 K＝ U1/U2=380/=\ 2 二次相電流與一次相電流 I2,I1的計算 I1= KI1Id/K (312) I2=KI2Id (313) KI1= KI2= 17 I1=179。 179。 50/= I2=179。 50= 3 變壓器的容量計算 S1=m1U1I1 (314) S2=m2U2I2 (315) S=(S1+S2)/2 (316) 式中 m m2 — 一次側(cè)、二次側(cè)繞組的相數(shù) 取 m1=m2=3 S1=3179。 380179。 = KVA S2=3179。 179。 = KVA S=(+)/2= KVA 整 流電路保護電路的計算 交流側(cè)的過電壓保護 1 Y型聯(lián)結(jié)阻容保護 對于單相電路 226I SC emU? (317) 電容 C的耐壓≥ 222. 3U UshRS Iem? (318) 電阻功率 2P (3 ~ 4)RRIR? (319) 62 1 0Ic fcU c??? 式中 S—— 變壓器容量（ VA）； U2—— 變壓器二次相電壓有效值（ V） ； IR—— 通過電阻的電流（ A） Iem—— 變壓器勵磁電流百分?jǐn)?shù)， 10～ 100KV178。 A 的變壓器，對應(yīng)的Iem=10～ 4； Ush—— 變壓氣的短路比， 10～ 1000KV178。 A的變壓器，對應(yīng)的 Ush=5～ 10； Um—— 阻容兩端正常工作時交流電壓峰值（ V） 。 對于三相電路，如同示， R和 C的數(shù)值可按下表進行換算。 18 表 32 變壓器和阻容裝置不同接法時電阻和電容的數(shù)值 變壓器接法 單相 三相、二次 Y聯(lián)結(jié) 三相、二次 D聯(lián)結(jié) 阻容裝置接法 與變壓器二次測并聯(lián) Y聯(lián)結(jié) D聯(lián)結(jié) Y聯(lián)結(jié) D聯(lián)結(jié) 電容 C C C/3 3C C 電阻 R R 3R R/3 C1≥ (6179。 10179。 10630/3)/()2=(μ F),取 C1=18μ F C1耐壓≥ 179。 2 179。 = 故選電容器 CJ10 R1≥ 179。 2() 310630?179。 510= Ic=2π179。 50179。 179。 18179。 106= PR≥ (3～ 4)Ic2R=3179。（ ） 2179。 =7W 故選金屬氧化膜電阻 RY17 2 壓敏電阻的選擇 U1MA=179。 2 U (320) 式中 U—— 壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值。 U1MA＝ 179。 2 179。 = 電流通量取 3KA 故選 MY31220/3 直流側(cè)過電壓保護 U1MA≥ (～ 2 ) (321) 式中 UDC—— 正常工作時加在壓敏電阻兩端的直流電壓（ V）。 U1MA＝ 2179。 200＝ 400 電流 通量取 3000A 故選 MY31440/3 過