第5章交流-直流变换器(整流器)

电力电子学——电力电子变换和控制技术(第二版)

第5章 交流-直流变换器(整流器)

5 交流-直流变换器(整流器)5.0 概述

5.1 整流器的类型和性能指标5.2 不控整流电路

5.3 单相桥式晶闸管相控整流电路5.4 三相半波相控整流电路

5.5 三相桥式相控整流电路5.6 交流电路电感对整流特性的影响

5 交流-直流变换器(整流器)5.8 带平衡电抗器的双三相桥12脉波整流电路

5.9 相控有源逆变电路工作原理5.10 相控整流及有源逆变晶闸管触发控制

5.11 含有源功率因数校正环节(PFC)的单相高频整流

小结

5.0 概述

利用半导体电力开关器件的通、断控制，将交流电能 变为直流电能称为整流。

实现整流的电力半导体开关电路连同其辅助元器件和系统称为整流器。

5.0 概述(续1)整流器的类型很多，归纳分类如下： 1.按交流电源电流的波形可分为：(1) 半波整流。(2)全波整流。

2.按交流电源的相数的不同可分为：(1) 单相整流。(2)三相整流。 3.按整流电路中所使用的开关器件及控制能力的不同可 分为： 开关器件为二极管 开关器件 为晶闸管 开关器件为 全控器件

(1) 不控整流。(2)半控整流。(3)全控整流。 4.按控制原理的不同可分为： (1) 相控整流。(2)高频PWM整流。

5.0 概述(续2) 对交流-直流变换最基本的性能要求： 直流输出电压可以调控(交流输入电压变化时或负载变化时

输出的直流电压可保持为任意指令值) 输出电压中交流分量(即谐波电压)被控制在允许值范围以

内； 交流侧电流中的谐波电流也要求在允许值以内。

此外交流侧的功率因数、整流器的效率、重量、体积、成本、

电磁干扰EMI和电磁兼容性EMC以及对控制指令的响应特 性都是评价整流器的重要指标。

5.1 整流器的类型和性能指标

整流器最基本的性能指标有： 1. 2. 3. 4.

电压谐波系数或纹波系数RF(Ripple Factor)电压脉动系数Sn 输入电流总畸变率THD (Total Harmonic Distortion) 输入功率因数PF(Power Factor)

上述基本性能指标能比较科学地评价各种整流 电路的性能优劣 。

5.1 整流器的类型和性能指标(续1)电压谐波系数或纹波系数RF(Ripple Factor) 纹波电压的定义：整流输出电压中除直流平均值 电压VD外全部交流谐波分量有效值VH2 VH Vrms VD 2

电压谐波(纹波)系数的定义：输出电压中的交流谐 波有效值 VH与直流平均值VD 之比值。表示为

v RF VH / VD可以进一步表示为 ： Vrms v VH Vd V 1 D 2

5.1 整流器的类型和性能指标(续2)电压脉动

系数Sn 定义：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

5.1 整流器的类型和性能指标(续3) 输入电流总畸变率THD (Total Harmonic Distortion) 交流输入电流中除基波电流Is1外通常还含有各

次谐波电流Isn(n=2,3,4,…) 。 THD的定义：除基波电流外的所有谐波电流总 有效值与基波电流有效值之比值由于 I I2 S 2 S1 2 2 2 I Sn I S 1 I h n 21 2

I THD h I S1

2 2 I S I S1

I S1

I 2 S I 1 S1

In 2

2 Sn

I S1

5.1 整流器的类型和性能指标(续4)输入功率因数PF(Power Factor) :定义：交流电源输入有功功率PAC 与其视在功率S 之比，即

PF PAC / S功功率。这时，

S VS I S

若交流输入电压为无畸变的正弦波，则只有输入电流中的基波电流形成有

PF PAC /(VS I S ) VS I S1 cos 1 /(VS I S ) (cos 1 ) I S1 / I S cos 1

交流侧电压与电流基波分量之间的相位角φ 1称为基波位移角； 基波功率因数 cosφ 1称为基波位移因数DPF。 I S1 IS I S12 I S1

基波电流数值因数(简称基波因数)是基波电流有效值与总电流有效值之 比值。

2 ∑ I Sn n 2

∞

1

12 ∑ I Sn n 2 ∞ 2 I S1

1 1 THD 2

5.2 不控整流电路

5.2.0 概述

5.2.1 单相半波不控整流5.2.2 两相半波不控整流(或双半波不控整流)

5.2.3 单相桥式不控整流5.2.4 三相半波不控整流

5.2.5 三相桥式不控整流5.2.6 电容滤波的不控整流电路

5.2.0 概述 定义：在交流电源与直流负载间插入二极管电路，利用二极管的单向导电性实现交流-直流电能变换的

电路。 缺点：输出电压平均值不能调节 分析法：二极管的单向导电性是分析二极管整流电 路的基本原则。 典型电路：图5.1(a)~5.5(a)

*5.2.1 单相半波不控整流 主电路：不控二极管D1、D0 工作原理：(理想情况下)

在电源电压的正半周wt=0~p D1承受正向电压而导通。vD=vs, iD=is

在电源电压的负半周 wt=p~2p D1受反压截止，阻断电路。 vD=0, iD=0 如果负载有电感，则负载电 流通过D0续流。

*5.2.1 单相半波不控整流(续1) 特点：

整流电压直流平均值1 2p

VD

0

p

2VS sin wt d wt

2

p

VS 0.45VS

VD只与VS有关，不能被调控； 输出电压脉动大，脉动频率低， 难于滤波； 仅正半周有输出(一个电源周期 中仅一个电压脉波，即脉波数为 1,称为“半波”); 电源电流的直流分量很大。

*5.2.2 两相半波不控整流(或双半波不控整流) 主电路：中心抽头的变压器 提供两相反向的电压，D1

、 D2作开关。 工作原理：(理想情况下 …… 此处隐藏：523字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……