3.6.1 带平衡平衡电抗器的双反星形可控抗器的双反星形可控整流整流电路路3.6.2 多重化整流多重化整流电路路第第5讲讲 整流电路整流电路之之大功率可控整流电路大功率可控整流电路 3.5.2 可控整流电路交流侧谐波和功率可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析因数分析1) 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路i2Otd（3-72）3.5.2 带阻感负载时可控整流电路带阻感负载时可控整流电路 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）三相桥式全控整流电路）三相桥式全控整流电路电流波形分解为傅立叶级数 tOia功率因数为：（3-83）3.5.3 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析1) 单相相桥式不可控整流式不可控整流电路路实用的单相不可控整流电路采用感容滤波。电容滤波的单相不可控整流电路交流侧谐波组成有如下规律：谐波次数为奇次。谐波次数越高，谐波幅值越小。谐波与基波的关系是不固定的。越大，则谐波越小。关于功率因数的结论如下：位移因数接近1，轻载超前，重载滞后。谐波大小受负载和滤波电感的影响。3.5.3 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 交流侧谐波和功率因数分析交流侧谐波和功率因数分析2) 三相三相桥式不可控整流式不可控整流电路路实际应用的电容滤波三相不可控整流电路中通常有滤波电感。交流侧谐波组成有如下规律交流侧谐波组成有如下规律：谐波次数为6k1次，k =1，2，3。谐波次数越高，谐波幅值越小。谐波与基波的关系是不固定的。关于功率因数的结论如下关于功率因数的结论如下：位移因数通常是滞后的,但与单相时相比,位移因数更接近1。随负载加重（RC的减小），总的功率因数提高；同时，随滤波电感加大，总功率因数也提高。3.5.4 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电路的输出电压中主要成分为直流，同时包含各种频率的谐波，这些谐波对于负载的工作是不利的。图3-35 =0时，m脉波整流电路的整流电压波形 =0 时，m脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐波分析。整流电压表达式为3.5.4整流输出电压和电流的谐波分析对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出：对该整流输出电压进行傅里叶级数分解，得出：式中，式中，k=1，2，3；且：；且：电压纹波因数电压纹波因数 其中其中(3-85)(3-86)(3-87)(3-88)(3-89)3.5.4整流输出电压和电流的谐波分析m23612（%）48.218.274.180.9940将上述式（将上述式（3-89）、（）、（3-90）和（）和（3-86）代入（）代入（3-88）得）得 表表3-3 不同脉波数不同脉波数m时的电压纹波因数值时的电压纹波因数值(3-90)(3-91)3.5.4整流输出电压和电流的谐波分析负载电流的傅里叶级数负载电流的傅里叶级数 上式中：上式中： (3-92)(3-93)(3-94)(3-95)3.5.4 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 =0时整流电压、电流中的谐波有如下规律：m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk（k=1，2，3.）次，即m的倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次。当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次（m次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值dn的减小更为迅速。m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速下降。3.5.4 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 不不为0 时的情况的情况：整流电压谐波的一般表达式十分复杂，下面只说明谐波电压与 角的关系。图2-34三相全控桥电流连续时，以n为参变量的与 的关系以n为参变量，n次谐波幅值对 的关系如图2-34所示：当 从0 90 变化时，ud的谐波幅值随 增大而增大， =90 时谐波幅值最大。 从90180之间电路工作于有源逆变工作状态，ud的谐波幅值随 增大而减小。2-123.6 大功率可控整流电路大功率可控整流电路引言引言带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的特点：适用于低电压、大电流的场合。多重化整流电路的特点：在采用相同器件时可达到更大的功率。可减少交流侧输入电流的谐波或提高功率因数，从而减小对供电电网的干扰。2-153.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路电路路结构的特点构的特点图3-37带平衡电抗器的双反星形可控整流电路二次侧为两组匝数相同极性相反的绕阻，分别接成两组三相半波电路。二次侧两绕组的极性相反可消除铁芯的直流磁化。平衡电抗器是为保证两组三相半波整流电路能同时导电。与三相桥式电路相比，双反星形电路的输出电流可大一倍。2-163.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路绕组的极性相反的目的：消除直流磁通势消除直流磁通势如图可知，虽然两组相电流的瞬时值不同，但是平均电流相等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。图3-38双反星形电路， =0时两组整流电压、电流波形ttud1uaubuciaud2iaucuaubucOtOOtOId12Id16Id12Id162-173.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路接平衡接平衡电抗器的原因：抗器的原因：当电压平均值和瞬时值均相等时，才能使负载均流。两组整流电压平均值相等，但瞬时值不等。两个星形的中点n1和n2间的电压等于ud1和ud2之差。该电压加在Lp上，产生电流ip，它通过两组星形自成回路，不流到负载中去，称为环流环流或平衡电流平衡电流。为了使两组电流尽可能平均分配，一般使Lp值足够大，以便限制环流在负载额定电流的1%2%以内。2-182.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路双反星形电路中如不接平衡电抗器，即成为六相半波整流六相半波整流电路路：只能有一个晶闸管导电，其余五管均阻断，每管最大导通角为60o，平均电流为Id/6。当=0o时，Ud为1.35U2，比三相半波时的1.17U2略大些。因晶闸管导电时间短，变压器利用率低，极少采用。平衡电抗器的作用：平衡电抗器的作用：使得两组三相半波整流电路同时导电。对平衡电抗器作用的理解是掌握双反星形电路原理的关键。2-193.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路平衡电抗器使得两组三相半波整流电路同时导电的原理分析原理分析：平衡电抗器Lp承担了n1、n2间的电位差，它补偿了ub和ua的电动势差，使得ub和ua两相的晶闸管能同时导电。（3-97）（3-98） 时，ubua，VT6导通，此电流在流经LP时，LP上要感应一电动势up，其方向是要阻止电流增大。可导出Lp两端电压、整流输出电压的数学表达式如下：upud1,ud2OO60 360 t1ttb)a)uaubucucuaubub2-203.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路原理分析原理分析(续)：虽然，但由于Lp的平衡作用，使得晶闸管VT6和VT1同时导通。时间推迟至ub与ua的交点时，ub=ua，。之后ubub，电流才从VT6换至VT2。此时VT1、VT2同时导电。每一组中的每一个晶闸管仍按三相半波的导电规律而各轮流导电。upud1,ud2OO60 360 t1ttb)a)uaubucucuaubub2-213.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路由上述分析以可得：图3-39平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均值。波形如图3-39a。（3-98）谐波分析分析详见P78。ud中的谐波分量比直流分量要小得多，且最低次谐波为六次谐波。直流平均电压为：u ,uupd1d2OO60 360 t1ttb)a)uaubucucuaubub2-223.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 =30 、 =60 和和 =90 时输出出电压的的波波形形分析分析图3-41当 =30、60、90时，双反星形电路的输出电压波形分析输出波形时，可先求出ud1和ud2波形，然后根据式（3-98）做出波形(ud1+ud2)/2。输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小了，脉动频率加大一倍，f=300Hz。电感负载情况下，移相范围是90。电阻负载情况下，移相范围为120。90=。60=。30=udududtOtOtOuaubucucuaububucucuaububucucuaub2-233.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路整流电压平均值与三相半波整流电路的相等，为:Ud=1.17 U2 cos 将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论：三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器。当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而Id是单相桥的2倍。两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，ud和id的波形形状一样。2-243.6.2 多重化整流电路多重化整流电路概述：整流装置功率进一步加大时，所产生的谐波、无功功率等对电网的干扰也随之加大，为减轻干扰，可采用多重化整流电路。原理：按照一定的规律将两个或更多的相同结构的整流电路进行组合得到。目标：移相多重联结减少交流侧输入电流谐波，串联多重整流电路采用顺序控制可提高功率因数。2-253.6.2 多重化整流电路多重化整流电路1) 移相多重移相多重联结图3-42并联多重联结的12脉波整流电路有并联多重联结和串联多重联结。可减少输入电流谐波，减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。使用平衡电抗器平衡电抗器来平衡2组整流器的电流。2个三相桥并联而成的12脉波整流电路脉波整流电路。u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubt1OtOtOtOt =0iVT1uVT12-273.6.2 多重化整流电路多重化整流电路移相移相30 构成的串构成的串联2重重联结电路路图3-43移相30串联2重联结电路图3-44移相30串联2重联结电路电流波形整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差30、大小相等的两组电压。该电路为12脉波整流电路。星形三角形0a)b)c)d)ia1Id180360ia2iab2iAIdiab2tttt000Id2333Id33IdId323(1+ )Id323(1+)Id33Id132-283.6.2 多重化整流电路多重化整流电路iA基波幅值Im1和n次谐波幅值Imn分别如下：（3-103）（3-104）即输入电流谐波次数为12k1，其幅值与次数成反比而降低。该电路的其他特性如下：直流输出电压位移因数cosj j1 1=cos （单桥时相同）功率因数 =n n cosj j1 1 =0.9886cos 2-293.6.2 多重化整流电路多重化整流电路利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20，可将三组桥构成串串联3重重联结电路路：整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用曲折接法。整流电压ud在每个电源周期内脉动18次，故此电路为18脉脉波整流电路波整流电路。交流侧输入电流谐波更少，为18k1次（k=1,2,3），ud的脉动也更小。输入位移因数和功率因数分别为：cosj j1 1=cos =0.9949cos 2-303.6.2 多重化整流电路多重化整流电路将整流变压器的二次绕组移相15，可构成串串联4重重联结电路路： 为为24脉波整流电路脉波整流电路。其交流侧输入电流谐波次为24k1，k=1，2，3。输入位移因数功率因数分别为：cosj j1 1=cos =0.9971cos 采用多重联结的方法并不能提高位移因数，但可使输入电流谐波大幅减小，从而也可以在一定程度上提高功率因数。2-313.6.2 多重化整流电路多重化整流电路2) 多重多重联结电路的路的顺序控制序控制只对一个桥的 角进行控制，其余各桥的工作状态则根据需要输出的整流电压而定。或者不工作而使该桥输出直流电压为零。或者 =0而使该桥输出电压最大。根据所需总直流输出电压从低到高的变化，按顺序依次对各桥进行控制，因而被称为顺序控制顺序控制。不能降低输入电流谐波，但是总功率因数可以提高。我国电气机车的整流器大多为这种方式。2-323.6.2 多重化整流电路多重化整流电路3重晶重晶闸管整流管整流桥顺序控制序控制图3-45单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形控制过程可详见教材P81。从电流i的波形可以看出，虽然波形并未改善，但其电流基波分量比电压的滞后少，因而位移因数高，从而提高了总的功率因数。a)db)c)iId2 IduOp +