重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院(2014)第5章 電容濾波的不可控整流及功率因素

1、5.1 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路5.1 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路在交直交變頻器、不間斷電源、開關(guān)電源等應(yīng)用場合中，大量應(yīng)用。最常用的是單相橋和三相橋兩種接法。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。5.1.1電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路常用于小功率單相交流輸入的場合，如目前大量普及的微機(jī)、電視機(jī)等家電產(chǎn)品中。1） 工作原理及波形分析工作原理及波形分析圖2-26 電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a) 電路 b) 波形基本工作過程基本工作過程：在u2正半周過零點(diǎn)至w wt=0期間

2、，因u2ud，故二極管均不導(dǎo)通，電容C向R放電，提供負(fù)載所需電流。至w wt=0之后，u2將要超過ud，使得VD1和VD4開通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電。b)0iudqdp2pwti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud5.1.1電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路2) 主要的數(shù)量關(guān)系主要的數(shù)量關(guān)系 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 電流平均值電流平均值 輸出電流平均值IR為： IR = Ud /R Id =IR 二極管電流iD平均值為： ID = Id / 2=IR/ 2 二極管承受的電壓二極管承受的電壓 （2-47）（2

3、-48）（2-49）22U空載時(shí)， 。重載時(shí)，Ud逐漸趨近于0.9U2，即趨近于接近電阻負(fù)載時(shí)的特性。在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)載的情況選擇電容C值，使 , 此時(shí)輸出電壓為： Ud1.2 U2。2d2UU2/)53(TRC （2-46）5.1.1電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路 感容濾波的二極管整流電路感容濾波的二極管整流電路實(shí)際應(yīng)用為此情況，但分析復(fù)雜。ud波形更平直，電流i2的上升段平緩了許多，這對(duì)于電路的工作是有利的。圖2-29 感容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a） 電路圖 b）波形a)b)u2udi20dqpwti2,u2,ud5.1.2電容濾波的三相不可控整流

4、電路電容濾波的三相不可控整流電路1） 基本原理基本原理某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)，該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。圖2-30 電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt32=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dpdwdpwwpdwwpwqweUtU 電流id 斷續(xù)和連續(xù)的臨界條件臨界條件w wRC=33在輕載時(shí)直流側(cè)獲得的充電電流是斷續(xù)的，重載時(shí)是連續(xù)的，分界點(diǎn)就是R= /w wC。3由 “電壓下

5、降速度相等”的原則，可以確定臨界條件。假設(shè)在wt+d =2p/3的時(shí)刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有圖2-31電容濾波的三相橋式整流電路當(dāng)w wRC等于和小于 時(shí)的電流波形 a）w wRC=b）w wRC333由上式可得（2-50）a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO5.1.2電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路考慮實(shí)際電路中存在的交流側(cè)電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)的電感時(shí)的工作情況：電流波形的前沿平緩了許多，有利于電路的正常工作。 隨著負(fù)載的加重，電流波形與電阻負(fù)載時(shí)的交流側(cè)電流波形逐漸接近。圖2-32 考慮電感時(shí)電容濾波的三相橋式整流電路及其波形 a）電路原理圖 b

6、）輕載時(shí)的交流側(cè)電流波形 c）重載時(shí)的交流側(cè)電流波形b)c)iaiaOOw tw t2.4.2電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路2) 主要數(shù)量關(guān)系主要數(shù)量關(guān)系（1）輸出電壓平均值輸出電壓平均值 Ud在（2.34U2 2.45U2）之間變化（2）電流平均值電流平均值 輸出電流平均值IR為：IR = Ud /R （2-51） 與單相電路情況一樣，電容電流iC平均值為零， 因此： Id =IR （2-52） 二極管電流平均值為Id的1/3，即：ID = Id / 3=IR/ 3 （2-53） （3）二極管承受的電壓二極管承受的電壓 二極管承受的最大反向電壓為線電壓的峰值，為 。

7、 26U5.2 .1 諧波和無功功率分析基礎(chǔ)諧波和無功功率分析基礎(chǔ)1） 諧波諧波對(duì)于非正弦波電壓，滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級(jí)數(shù)傅里葉級(jí)數(shù)：電流諧波總畸變率THDi（Total Harmonic distortion）定義為 （2-58）%1001IITHDhi正弦波電壓可表示為：)sin(2)(utUtuw基波（fundamental）頻率與工頻相同的分量諧波頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量諧波次數(shù)諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比5.2 .1 諧波和無功功率分析基礎(chǔ)諧波和無功功率分析基礎(chǔ)2） 功率因數(shù)功率因數(shù)正弦電路中的情況電路的有功功率有功功率就是其平均功率平均功率：pwp20cos)(2

8、1UItuidP（2-59）視在功率視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI （2-60）無功功率無功功率定義為： Q=U I sin （2-61）功率因數(shù)功率因數(shù)l 定義為有功功率P和視在功率S的比值：SPl（2-62） 此時(shí)無功功率Q與有功功率P、視在功率S之間有如下關(guān)系：222QPS（2-63）功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差 決定的：l l =cos （2-64）5.2 .1諧波諧波和無功功率分析基礎(chǔ)和無功功率分析基礎(chǔ)非正弦電路中的情況有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義均和正弦電路相同，功率因數(shù)仍由式 定義。不考慮電壓畸變，研究電壓為正弦波、電流為非正弦波的情況有很大的實(shí)際意義。SPl非正弦電路的有功功率 ：P=U I1 cos 1 （2-65）功率因數(shù)功率因數(shù)為：