整流电路之不可控整流电路学习教案.pptx

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1、会计学1整流整流(zhngli)电路之不可控整流电路之不可控整流(zhngli)电路电路第一页，共33页。2-23.4电容滤波电容滤波(lb)的不可控整的不可控整流电路流电路在在交交直直交交变变频频器器、不不间间断断电电源源、开开关关电电源源等等应用场合应用场合(ch(ch ng h)ng h)中，大量应用。中，大量应用。最常用的是单相桥和三相桥两种接法。由于电路(dinl)中的电力电子器件采用整流二极管，故也称这类电路(dinl)为二极管整流电路(dinl)。常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普及的微机、电视机等家电产品中。第1页/共33页第二页，共33页。2-3单相半波单相半波(b

2、nb)不控整流不控整流第2页/共33页第三页，共33页。2-4单相单相(dnxin)桥式不控整流桥式不控整流第3页/共33页第四页，共33页。2-5三相半波三相半波(bnb)不控整流不控整流第4页/共33页第五页，共33页。2-6三相三相(snxin)桥式不控整流桥式不控整流第5页/共33页第六页，共33页。2-7 不控整流电路输出电压(diny)中除直流平均值外，还含有谐波电压(diny)。为此须在整流电路的输出端与负载之间接入LC滤波器。由于整流输出谐波电压(diny)的频率不高，因此要有较好滤波效果必须LC很大。滤波电感L的的重量、体积相对于电容要大得多，通常取较小的L和较大的C组成LC

3、滤波器，甚至完全不用电感只用电容滤波。电容滤波电容滤波(lb)(lb)的不可控整流电路的不可控整流电路第6页/共33页第七页，共33页。2-83.4.1电容滤波的单相电容滤波的单相(dnxin)不可控整流不可控整流电路电路1）工作原理工作原理(yunl)及波形分析及波形分析图3-28 电容滤波的单相(dn xin)桥式不可控整流电路及其工作波形a)电路 b)波形基本工作过程基本工作过程：在u2正半周过零点至 t=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 t=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。b)

4、0iudd2ti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud电容被充电到t=时，ud=u2，VD1和VD4关断。电容开始以时间常数RC按指数函数放电。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。第7页/共33页第八页，共33页。2-9和和的确定的确定指指VD1和和VD4导通的时刻与导通的时刻与u2过零点相距的角度，过零点相距的角度，指指VD1和和VD4的导的导通角。通角。在在VD1和和VD4导通期间导通期间(qjin)式中，式中，ud(0)为为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值。开始

5、导通时刻直流侧电压值。将将u2代入并求解得：代入并求解得：而负载电流为：而负载电流为：于是于是(3-37)(3-38)(3-39)(3-40)(3-41)3.4.1 电容滤波的单相不可控整流(zhngli)电路第8页/共33页第九页，共33页。2-103.4.1 电容(dinrng)滤波的单相不可控整流电路可由式（可由式（3-45）求出）求出，进而由式（，进而由式（3-44）求出）求出,显然显然和和仅由乘积仅由乘积(chngj)RC决决定。定。(3-42)(3-43)(3-44)(3-45)图图3-29、与与 RC的关系的关系(gunx)曲线曲线则当则当 t=时，时，VD1和和VD4关断。将关

6、断。将id()=0代入式代入式（3-41），得：），得：二极管导通后二极管导通后u2开始向开始向C充电时的充电时的ud与二极管关断后与二极管关断后C放电结束时的放电结束时的ud相等，故有下式成立：相等，故有下式成立：由式（由式（3-42）和（）和（3-43）得）得 第9页/共33页第十页，共33页。2-113.4.1 电容(dinrng)滤波的单相不可控整流电路的另外一种确定方法：的另外一种确定方法：VD1和和VD4的关断时刻，从物理意义上讲，就是两个电的关断时刻，从物理意义上讲，就是两个电压压(diny)下降速度相等的时刻，一个是电源电压下降速度相等的时刻，一个是电源电压(diny)的下降速

7、度的下降速度|du2/d(t)|，另，另一个是假设二极管一个是假设二极管VD1和和VD4关断而电容开始单独向电阻放电时电压关断而电容开始单独向电阻放电时电压(diny)的下降速的下降速度度|dud/d(t)|p（下标表示假设），据此即可确定（下标表示假设），据此即可确定。图图3-29、与与 RC的关系的关系(gunx)曲线曲线第10页/共33页第十一页，共33页。2-123.4.1电容滤波的单相电容滤波的单相(dnxin)不可控整不可控整流电路流电路2)2)主要的数量主要的数量主要的数量主要的数量(shling)(shling)关系关系关系关系 输出(shch)电压平均值 电流平均值电流平均值

8、 输出电流平均值IR为：IR=Ud/R Id=IR 二极管电流iD平均值为：ID=Id/2=IR/2 二极管承受的电压二极管承受的电压 （3-47）（3-48）（3-49）空载时，。重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。在设计时根据负载的情况选择电容C值，使 ,此时输出电压为：Ud1.2 U2。（3-46）第11页/共33页第十二页，共33页。2-133.4.1电容电容(dinrng)滤滤波的单相不可控整流电波的单相不可控整流电路路 感容滤波的二极管整流电路感容滤波的二极管整流电路感容滤波的二极管整流电路感容滤波的二极管整流电路实际应用为此情况，但分析实际应用为此情况

9、，但分析实际应用为此情况，但分析实际应用为此情况，但分析(fnx)(fnx)复杂。复杂。复杂。复杂。udud波波波波形形形形更更更更平平平平直直直直，电电电电流流流流i2i2的的的的上上上上升升升升段段段段平平平平缓缓缓缓了了了了许许许许多多多多，这这这这对于电路的工作是有利的。对于电路的工作是有利的。对于电路的工作是有利的。对于电路的工作是有利的。图3-31 感容滤波的单相(dn xin)桥式不可控整流电路及其工作波形a）电路图 b）波形a)b)u2udi20dti2,u2,ud第12页/共33页第十三页，共33页。2-143.4.2电容滤波的三相电容滤波的三相不可控整流不可控整流(zhng

10、li)电路电路1 1）基本原理基本原理基本原理基本原理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(fzi)供电。当没有二极管导通时，由电容向负载(fzi)放电，ud按指数规律下降。图3-32 电容滤波(lb)的三相桥式不可控整流电路及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0dt3t比如在VD1 1和VD2 2同时导通之前VD6 6和VD1 1是关断的，交流侧向直流侧的充电电流id d是断续的。VD1 1一直导通，交替时由VD6 6导通换相至VD2 2导通，id d是连续的。第13页/共33页第十四页，共33页。2-15 电流id 断续和连续的

11、临界条件临界条件 RC=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，分界点就是R=/C。3.4.2电容滤波的三相电容滤波的三相(snxin)不可控整流不可控整流电路电路由“电压下降速度相等”的原则，可以(ky)确定临界条件。假设在t+=2/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有图3-33电容滤波的三相桥式整流电路当 RC等于和小于 时的电流波形 a）RC=b）RC由上式可得（3-50）a)b)ttttaidaidOOOO通常只有R是可变的，它的大小反映了负载的轻重，因此(ync)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。第14页/共33页第十五页，共33页。2-163.4.2

12、电容滤波电容滤波(lb)的的三相不可控整流电路三相不可控整流电路考考虑虑实实际际电电路路中中存存在在的的交交流流侧侧电电感感以以及及为为抑抑制制冲冲击击电电流流而串联的电感时的工作情况：而串联的电感时的工作情况：电电流流波波形形的的前前沿沿平平缓缓了了许许多多(x(x du)du)，有有利利于于电电路路的的正正常常工作。工作。随随着着负负载载的的加加重重，电电流流波波形形与与电电阻阻负负载载时时的的交交流流侧侧电电流流波形逐渐接近。波形逐渐接近。图3-34 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形 a）电路原理图 b）轻载时的交流侧电流(dinli)波形 c）重载时的交流侧电流(dinli

13、)波形b)c)iaiaOO t t第15页/共33页第十六页，共33页。2-173.4.2电容电容(dinrng)滤波的三相不可控整流滤波的三相不可控整流电路电路2)2)主主主主 要要要要 数数数数 量量量量(shling)(shling)关系关系关系关系（1 1）输出）输出(shch)(shch)电压平均值电压平均值 Ud Ud在（在（2.34U2 2.45U22.34U2 2.45U2）之间变化）之间变化（2）电流平均值电流平均值输出电流平均值IR为：IR=Ud/R （3-51）与单相电路情况一样，电容电流iC平均值为零，因此：Id=IR （3-52）二极管电流平均值为Id的1/3，即：I

14、D=Id/3=IR/3 （3-53）（3）二极管承受的电压二极管承受的电压 二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值，为 。第16页/共33页第十七页，共33页。2-181 1对输出对输出(shch)(shch)电压的影响电压的影响 电阻R减小(负载电流增大(zn d)或电容容量C减小输出电压降低、电压波动加大。1)电容电容(dinrng)滤波的不控整流电路其输出电压平均值不是一个定数，它将随着滤波的不控整流电路其输出电压平均值不是一个定数，它将随着RC的的变化而变化。变化而变化。2)输出电压平均值的最大值是输出电压瞬时值的峰值，输出电压平均值的最小值是该电路在电输出电压平均值的最大值是输出电压

15、瞬时值的峰值，输出电压平均值的最小值是该电路在电阻负载情况下的输出电压平均值。阻负载情况下的输出电压平均值。小结小结单相桥式不控整流 三相半波不控整流 三相桥式不控整流 输出电压平均值的最大值与最小值在不同电路形式下的值输出电压平均值的最大值与最小值在不同电路形式下的值第17页/共33页第十八页，共33页。2-192对输入对输入(shr)电流的影响电流的影响 若R一定，C加大时输出电压(diny)的平均值增加 iR的平均值也将增大VD的导通角将减小 i2的幅值要增加 要减小电压波动而增大电容C 使输入电流(dinli)i2的有效值大大增加使i2的脉动增加必须要增加整流二极管的电流(dinli)

16、容量参数选择时应给予注意。3初始合闸相位的影响初始合闸相位的影响 在三相桥式整流电路中，无论何时合闸，总有一相处在较高的正电压位置在合闸的过程中要加有限流措施，或在电路中串入限流电阻，合闸完成后再切除（短路限流电阻），或串入一个小电感，以限制其过大的合闸电流。第18页/共33页第十九页，共33页。2-203.5整流电路的谐波整流电路的谐波(xib)和功率因数和功率因数3.5.13.5.1谐波和无功功率分析谐波和无功功率分析谐波和无功功率分析谐波和无功功率分析(fnx)(fnx)基础基础基础基础3.5.23.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧带阻感负载时可控整流电路交流侧带阻感负载时可控整流电

17、路交流侧带阻感负载时可控整流电路交流侧 谐波和功率因数分谐波和功率因数分谐波和功率因数分谐波和功率因数分析析析析(fnx)(fnx)3.5.33.5.3电容滤波的不可控整流电路交流侧电容滤波的不可控整流电路交流侧电容滤波的不可控整流电路交流侧电容滤波的不可控整流电路交流侧 谐波和功率因数分谐波和功率因数分谐波和功率因数分谐波和功率因数分析析析析(fnx)(fnx)3.5.43.5.4整流输出电压和电流的谐波分析整流输出电压和电流的谐波分析整流输出电压和电流的谐波分析整流输出电压和电流的谐波分析(fnx)(fnx)第19页/共33页第二十页，共33页。2-213.5整流整流(zhngli)电电路

18、的谐波和功率因数路的谐波和功率因数引言引言随着电力随着电力(dinl)(dinl)电子技术的发展，其应用日益广泛，由电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波此带来的谐波(harmonics)(harmonics)和无功和无功(reactive power)(reactive power)问题日益问题日益严重，引起了关注。严重，引起了关注。无功的危害(wihi)：导致设备容量增加。使设备和线路的损耗增加。线路压降增大，冲击性负载使电压剧烈波动。谐波的危害：降低设备的效率。影响用电设备的正常工作。引起电网局部的谐振，使谐波放大，加剧危害。导致继电保护和自动装置的误动作。对通信系统造成干扰。第

19、20页/共33页第二十一页，共33页。2-22整流器的性能指标整流器的性能指标整流器最基本的性能指标有：1.电压谐波系数或纹波系数-RF2.电压脉动系数-Sn 3.输入电流总畸变-THD4.输入功率因数-上述基本性能指标能比较科学(kxu)地评价各种整流电路的性能优劣。第21页/共33页第二十二页，共33页。2-23纹波电压的定义：整流输出(shch)电压中除直流平均值电压VD外全部交流谐波分量有效值VH电压谐波电压谐波(xib)系数或纹波系数系数或纹波系数RF（RippleFactor）进一步可以(ky)表示为：电压谐波（纹波）系数的定义：输出电压中的交流谐波有效值平均值 VH与直流平均值V

20、D 之比值。表示为第22页/共33页第二十三页，共33页。2-24电压电压(diny)脉动系数脉动系数Sn定义(dngy)：整流输出电压中最低次谐波幅值Vnm与直流平均值VD之比。Sn=Vnm/VD 第23页/共33页第二十四页，共33页。2-253.5.1谐波和无功功率谐波和无功功率(wnnl)分析基础分析基础1 1）谐谐谐谐波波波波(xi(xi b)b)对于非正弦波电压(diny)，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数：正弦波电压可表示为：式中式中n=1,2,3(3-55)式中U为电压有效值；u为初相角；为角频率，=2f=2/T；f为频率；T为周期。第24页/共33页第二十五页，共33页。

21、2-26n次谐波电流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示 （2-57）电流谐波总畸变率THDi（Total Harmonic distortion）定义为 （2-58）基波（fundamental）频率与工频相同(xin tn)的分量谐波频率为基波频率大于1整数倍的分量谐波次数谐波频率和基波频率的整数比或或式中，式中，cn、n和和an、bn的关系的关系(gunx)为为(3-56)3.5.1谐波和无功功率分析谐波和无功功率分析(fnx)基础基础第25页/共33页第二十六页，共33页。2-273.5.1谐波和无功功率分析谐波和无功功率分析(fnx)基础基础2 2）功功

22、功功 率率率率 因因因因 数数数数(nn l l yn yn sh)sh)正弦电路(dinl)中的情况电路的有功功率有功功率就是其平均功率平均功率：（3-59）视在功率视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI （3-60）无功功率无功功率定义为：Q=U I sinj j （3-61）功率因数功率因数l 定义为有功功率P和视在功率S的比值：（3-62）此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系：（3-63）功率因数是由电压和电流的相位差 决定的：l l=cos j j（3-64）第26页/共33页第二十七页，共33页。2-283.5.1谐波谐波(xib)和无功功率分和无功功率分析基

23、础析基础非非正正弦弦电电路路(dinl)(dinl)中的情况中的情况有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同，功率因数仍由式 定义。不考虑电压畸变，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的情况有很大的实际意义。非正弦电路的有功功率：P=U I1 cosj j1（3-65）功率因数功率因数为：（3-66）基波基波(j b)因数因数n=I1/I，即基波，即基波(j b)电流有效值和总电电流有效值和总电流有效值之比流有效值之比 位移因数（基波位移因数（基波(j b)功率因数）功率因数）cosj 1功率因数由基波电流相移基波电流相移和电流波形畸变电流波形畸变这两个因素共同决定的。第27页/共33页

24、第二十八页，共33页。2-293.5.1谐波和无功功率分析谐波和无功功率分析(fnx)基础基础非正弦电路非正弦电路(dinl)(dinl)的无功功率的无功功率定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。一种简单的定义是仿照式（3-63）给出的：（3-67）无功功率Q反映(fnyng)了能量的流动和交换，目前被较广泛的接受。也可仿照式（3-61）定义无功功率，为和式（3-67）区别，采用符号Qf，忽略电压中的谐波时有：Q f=U I 1 sinj j 1 (3-68）在非正弦情况下，因此引入畸变功率畸变功率D，使得：（3-69）Q f为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流产生的无功功率。第

25、28页/共33页第二十九页，共33页。2-303.5.23.5.2带阻感负载时可控整流电路带阻感负载时可控整流电路带阻感负载时可控整流电路带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波交流侧谐波交流侧谐波交流侧谐波(xib)(xib)和功率因数分析和功率因数分析和功率因数分析和功率因数分析1)1)单单单单 相相相相 桥桥桥桥 式式式式 全全全全 控控控控 整整整整 流流流流(zhngli)(zhngli)电路电路电路电路忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载(fzi)，直流电感L为足够大（电流i2的波形见图3-6）i2Otd（3-72）变压器二次侧电流谐波分析：n=1,3,5,（3-73）电流中仅含奇次谐波。

26、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。第29页/共33页第三十页，共33页。2-313.5.23.5.2带阻感负载带阻感负载带阻感负载带阻感负载(fzi)(fzi)时可控整流电路时可控整流电路时可控整流电路时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析基基波波(j(j b)b)电电流流有有效效值值为为 （3-3-7474）i2 i2的有效值的有效值I=IdI=Id，结合式（，结合式（2-742-74）可得基波）可得基波(j b)(j b)因数为因数为 （3-753-75）电电流流基基波波(j(j b

27、)b)与与电电压压的的相相位位差差就就等等于于控控制制角角 ，故故位位移移因因数数为为 （3-3-7676）所以，功率因数为所以，功率因数为 （3-77）功率因数功率因数(nlynsh)计算计算第30页/共33页第三十一页，共33页。2-323.5.23.5.2带阻感负载时可控整流带阻感负载时可控整流带阻感负载时可控整流带阻感负载时可控整流(zhngli)(zhngli)电路电路电路电路交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析2 2）三三三三相相相相桥桥桥桥式式式式全全全全控控控控整整整整流流流流(zhngli)(zhngli)电路电路电

28、路电路阻感负载，忽略(hl)换相过程和电流脉动，直流电感L为足够大。以=30为例，此时，电流为正负半周各120的方波，其有效值与直流电流的关系为：（3-78）电流波形分解为傅立叶级数 第31页/共33页第三十二页，共33页。2-333.5.23.5.2带阻感负载时可控整流带阻感负载时可控整流带阻感负载时可控整流带阻感负载时可控整流(zhngli)(zhngli)电路电路电路电路交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析变压器二次侧电流变压器二次侧电流变压器二次侧电流变压器二次侧电流(dinli)(dinli)谐波分析：谐波分析：谐波分析：谐波分析：电流基波和各次谐波(xi b)有效值分别为（3-80）电流中仅含6k1（k为正整数）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。功率因数计算功率因数计算基波因数：（3-81）位移因数仍为：（3-82）功率因数为：（3-83）第32页/共33页第三十三页，共33页。