电力电子技术——其它整流电路及谐波与功率因数问题.ppt

第5章 其它整流电路及谐波与功率因数问题 §5.1 电容滤波的不可控整流电路 基本原理：当交流侧线电压高于电容电压时，才有一对二极管导通，输出直流电压等于交流侧线电压中最高的一个波峰。该线电压既向电容充电，也向负载供电。当线压低于电容电压时，没有二极管导通，电容向负载指数放电。 uab、uac分别比ua超前和滞后30o。 id脉冲连续的临界条件： 轻载时（ ），id断续。 重载时（ ），电流id连续性好。? =RC小，C放电快，ud下降多，uabud时间长，脉冲展宽。 输出电压平均值： 串入直流电抗器：电流脉冲平缓，电流谐波含量减小。在Ld很大时ia近正负对称120o方波。 二极管最大反压 （线压峰值） 随着电力技术的飞速发展，各种电力电子装置的应用日益广泛，由此给电力系统带来了日益严重的谐波(harmonics)和无功(reactive)问题，引起了越来越广泛的关注。 许多电力电子装置消耗无功功率，会对电网带来不利影响： 导致电流增大，视在功率增加，使电网容量不能充分利用； 使设备和线路损耗增加； 使线路压降增大，冲击性无功功率还会使电压剧烈波动。 §5.2 整流电路的谐波和功率因数 PE装置会产生谐波污染，对公用电网产生公害： 谐波使电力设备产生附加损耗，降低效率，大量的三次谐波流过中性线会使线路过热，甚至产生火灾。 使电气设备发生机械振动、噪声和过热。 引起电网局部发生串、并联谐振，使谐波能量放大，可能会导致严重事故。 导致自动装置误动，或测量仪表不准。 对邻近通信设备产生干扰。 5.2.1 谐波与功率因数的关系 电网施加给负载的电压为正弦，但负载从电网索取的电流是否亦为正弦，则决定于负载是线性还是非线性。 线性负载：如R，L，C等，电流为同频正弦波。 非线性负载：如电力半导体设备，尤其是常用的SCR整流，电流变为非正弦。 基波(fundamental)与谐波：非正弦电流展为傅氏级数，频率仍与工频相同的分量称为基波；频率为基波频率整数倍的分量称为谐波。 电流谐波总畸变率： （Total Harmonic Distortion) Ih—总谐波电流的有效值 I1—基波电流有效值 通常公用电网中的电压波形畸变很小，而电流波形畸变可能很大，故在分析中，将电压视为正弦，电流为非正弦，具有实际意义。 有功功率 P=UI1cosφ1， φ1为电压U与基波电流I1之间的相位差角。 功率因数： I—电流的总有效值， ?=I1/I 称畸变因数（或基波因数） cosφ1称位移因数(displacement factor)（或基波功率因数）。 可见功率因数由基波电流相移和电流波形的畸变程度两个因素决定。 5.2.2 整流电路交流侧的谐波与功率因数 1. 单相全控桥整流 大L-R（E）负载时，变压器副边电流i2为近似1800正负对称方波。基波与各次谐波电流有效值为 求畸变因数：i2总有效值 I=Id， 求位移因数：电流基波与电压u2的相位差角等于控制角??， cosφ1 =cos ? 功率因数： 2. 三相全控桥整流 L很大时，id近恒流Id，ia比ua滞后角为300+?，1200正负对称方波，总有效值 基波与谐波有效值： n=5,7,11,13…不含3的整倍数次谐波也不含偶次谐波。 求功率因数: 畸变因数: 位移因数: 功率因数: pf与?密切相关。 相控整流的缺点： ? ↑?pf↓ 3. 电容滤波的不可控整流 带电容滤波的不可控整流电路，通常在DC侧串有滤波电感（感容负载），抑制电流尖峰，延续二极管的导通角。变压器副边电流ia,b,c波形若展为傅氏级数十分复杂，只作定性分析。 三相桥式不可控整流交流侧电流谐波的特点： 谐波次数为6k?1次(k=1,2,3……)，不含3的整倍次和偶次谐波。 谐波次数越高，其幅值越小。 谐波和基波的幅值大小与负载轻重有关：负载越轻（?RC大）则谐波越大（ia变尖锐），基波越小；滤波电感越大，则谐波越小，而基波越大。因而，串入大电抗可大大降低谐波污染。 功率因数的特点： 位移因数稍有滞后（ ia的基波ia1稍后偏，但很小） 比单相时，更接近于1（ φ1≈0）。 负载加重（?RC ↓），则总pf↑；随L↑→ pf↑（ ia脉冲展宽，谐波减小）。比如变频器不外接DC电抗器时， pf为0.65左右，加入大电抗可使pf提高到0.95。 5.2.3