第3章整流电路3

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1、第第3章章 整流电路整流电路 3.1 3.1 单单相可控整流电路相可控整流电路 3.2 3.2 三相可控整流电路三相可控整流电路 3.3 3.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 3.4 3.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 3.5 3.5 整流电路的谐波与功率因数整流电路的谐波与功率因数 3.6 3.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路 3.7 3.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态 3.8 3.8 整整流电路相位控制的实现流电路相位控制的实现3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 随着各种电力电子装置在电力

2、系统、工业、随着各种电力电子装置在电力系统、工业、交通等众多领域的广泛应用，带来的交通等众多领域的广泛应用，带来的谐波谐波和和无功无功问题问题日益严重，也引起了越来越广泛的关注。日益严重，也引起了越来越广泛的关注。 无功功率对公网的影响：无功功率对公网的影响： 无功功率会导致电流增大，视在功率增加，无功功率会导致电流增大，视在功率增加，导致设备容量增加。导致设备容量增加。 无功功率增加，会使总电流增加，从而使线无功功率增加，会使总电流增加，从而使线路和设备的损耗增加。路和设备的损耗增加。 使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。压剧烈波动。 3.

3、5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 谐波对公网的危害：谐波对公网的危害： 谐波使电网中的元件产生附加的谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，较大的降低发电、输电及用电设备的效率，较大的3次次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。 谐波会影响各种电气设备的正常工作，如可谐波会影响各种电气设备的正常工作，如可使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、部过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以至损坏。寿命

4、缩短以至损坏。3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数 谐波对公网的危害：谐波对公网的危害： 谐波会在电网中引起局部的谐波会在电网中引起局部的并联谐振并联谐振和和串联串联谐振谐振，从而使谐波放大，导致上述两种危害大大，从而使谐波放大，导致上述两种危害大大增加，甚至引起严重事故。增加，甚至引起严重事故。 谐波会导致继电保护和自动装置产生谐波会导致继电保护和自动装置产生误动作误动作，并使电气测量仪表计量不准确。并使电气测量仪表计量不准确。 谐波会对邻近的谐波会对邻近的通信系统通信系统产生产生干扰干扰，轻者产，轻者产生噪声、降低通信质量，重者导致信息丢失，使生噪声、降低通信质量，重者

5、导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。通信系统无法正常工作。3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数谐波分析谐波分析 在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流呈电流呈正弦波形正弦波形。正弦波电压可表示为。正弦波电压可表示为)sin(2)(u tUtu 当正弦波电压施加在当正弦波电压施加在线性无源元件线性无源元件电阻、电感电阻、电感和电容上时，其电流和电压分别为比例、积分和微和电容上时，其电流和电压分别为比例、积分和微分关系，仍为同频率的正弦波。但当正弦波电压施分关系，仍为同频率的正弦波。但当正弦波电压施加在加在非线性电路非线性电路上时

6、，电流就变为非正弦波，非正上时，电流就变为非正弦波，非正弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。为非正弦波。3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数谐波分析谐波分析 对于周期为对于周期为 的非正弦电压的非正弦电压 ，可分，可分解为如下形式的解为如下形式的付里叶级数付里叶级数 1nn0sincos)(ntnbtnaatu /T2 )( tu 200)d(21ttua 20n)d()cos(1ttntua 20n)d()sin(1ttntub,n321 其中其中3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数谐波分

7、析谐波分析 付里叶级数的另一种表达方式付里叶级数的另一种表达方式 1nn0sin)(ntncatu 200)d(21ttua nnnarctanba nnnnnncossin cb,ca 其中其中2n2nnbac 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数谐波定义谐波定义 上述的傅里叶级数中，频率与工频相同的分量上述的傅里叶级数中，频率与工频相同的分量称为称为基波基波（fundamental），频率为基波频率整数倍），频率为基波频率整数倍（大于（大于1）的分量称为）的分量称为谐波谐波，谐波次数谐波次数为谐波频率和为谐波频率和基波频率的整数比。基波频率的整数比。 第第n次谐波电流含

8、有率次谐波电流含有率以（以（Harmonic Ratio for ）表示表示式中，式中，In为第为第n次谐波的电流有效值；次谐波的电流有效值； I1为基波的电为基波的电流有效值。流有效值。%IIHRI1001nn 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数谐波定义谐波定义 电流谐波总畸变率电流谐波总畸变率THDi（Total Harmonic Distortion）定义为）定义为%IITHD1001hi 式中，式中，Ih为总谐波电流有效值。为总谐波电流有效值。3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数功率因数功率因数 正弦电路中，电路的正弦电路中，电路的有功功率有功

9、功率就是其就是其平均功率平均功率 cos)d(2120UItiuP 式中，式中，U、I 分别为电压和电流的有效值；分别为电压和电流的有效值； 是电流是电流滞后于电压的相位差。滞后于电压的相位差。 视在功率为电压、电流有效值的乘积，即视在功率为电压、电流有效值的乘积，即UIS 无功功率定义为无功功率定义为 sinUIQ 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数功率因数功率因数 功率因数定义为有功功率与视在功率的比值功率因数定义为有功功率与视在功率的比值SP 有功功率、无功功率和视在功率满足如下关系有功功率、无功功率和视在功率满足如下关系 在正弦电路中，功率因数是由电压和电流的相在

10、正弦电路中，功率因数是由电压和电流的相位差决定的，其值为位差决定的，其值为 在在非正弦电路非正弦电路中，有功功率、视在功率、功率中，有功功率、视在功率、功率因数的定义与上述定义相同。因数的定义与上述定义相同。222QPS cos 3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数功率因数功率因数 在非正弦电路中，功率因数仍可定义为在非正弦电路中，功率因数仍可定义为SP 在在公用电网公用电网中，电压波形的畸变往往很小，但中，电压波形的畸变往往很小，但电流波形的畸变可能会很大。所以研究时通常不考电流波形的畸变可能会很大。所以研究时通常不考虑电压的畸变，而只研究虑电压的畸变，而只研究电压波形为

11、正弦波电压波形为正弦波、电流电流波形为非正弦波波形为非正弦波的情况。的情况。3.5 整流电路的谐波和功率因数整流电路的谐波和功率因数功率因数功率因数 设正弦波电压有效值为设正弦波电压有效值为U，畸变的电流有效值为，畸变的电流有效值为I，基波电流有效值及其与电压的相位差分别为，基波电流有效值及其与电压的相位差分别为I1和和 ，此时的有功功率为，此时的有功功率为11cos UIP 功率因数为功率因数为1 11111coscoscos IIUIUISP式中，式中， 为基波电流有效值和总电流有效值之比，称为基波电流有效值和总电流有效值之比，称为为基波因数基波因数； 称为称为位移因数位移因数或或基波功率