整流電路換相剖析

　　摘要：為了研究變壓器漏抗對整流電路的影響，本文在MATLAB環(huán)境下對三相半波可控整流電路進(jìn)行了仿真。結果表明，在換相過(guò)程中，整流變壓器原副邊的電壓波形和電流的波形都會(huì )發(fā)生畸變。通過(guò)諧波分析可知，在整流變壓器副邊電流中出現了較高的2、4、5次諧波和直流分量，前者將會(huì )影響交流系統的電能質(zhì)量，后者將會(huì )降低整流變壓器的利用率。

　　引言

　　目前，一些電力電子技術(shù)教材在介紹“變壓器漏抗對整流電路的影響”時(shí)，都是以三相半波可控整流電路為例，畫(huà)出直流側電壓波形和交流側電流波形，并給出換相重疊角和換相壓降的計算公式^[1-5]。這些教材中只是強調了換相期間直流側輸出電壓波形出現了缺口，但都沒(méi)有對交流側電壓電流的波形進(jìn)行深入的分析，忽略了其中的諧波分量。大量的實(shí)測數據證明，當整流電路產(chǎn)生的諧波超過(guò)一定水平時(shí)，就會(huì )引起交流系統電壓波形畸變，從而影響相關(guān)電氣設備的正常運行，這是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。本文將通過(guò)MATLAB仿真，觀(guān)察三相半波可控整流電路計及變壓器漏抗后的電壓波形和電流波形，并給出對應的諧波分析。所得結果可作為對現行教材的補充，以幫助學(xué)生加深理解整流電路的換相過(guò)程。

　　1 三相半波可控整流電路的換相過(guò)程

　　三相半波可控整流電路的原理接線(xiàn)如圖1所示，負載中串有一個(gè)很大的電感。由于各晶閘管的換相過(guò)程都一樣，所以，本文只分析從VT₃換至VT₁的換相過(guò)程。

　　假設晶閘管觸發(fā)角α=30°，在觸發(fā)VT₁之前，VT₃導通，負載由c相供電，直流電流i_d等于交流側c相電流i_c;當α=30°時(shí)，觸發(fā)VT₁，這樣VT₁就開(kāi)始導通;由于變壓器漏抗的作用，使得i_c需經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，才能由i_d降到零;而交流側a相電流i_a也需經(jīng)過(guò)同樣的時(shí)間，才能由零上升到i_d。通常將這個(gè)過(guò)程稱(chēng)之為“換相”。換相過(guò)程的持續時(shí)間可以用換相重疊角γ來(lái)表示，對于三相半波可控整流電路而言，該換相重疊角與其他有關(guān)電氣量的關(guān)系可由下式表示^[2]：

　　公式(1)中的X_B是折算到二次側的變壓器漏抗，I_d是負載電流的平均值，U₂是整流變壓器副邊相電壓有效值。

　　由公式(1)可以看出，在給定觸發(fā)角α的情況下，換相重疊角γ將隨著(zhù)X_B的增大而增大;在給定X_B的情況下，換相重疊角γ將隨著(zhù)觸發(fā)角α的增大而減小。

　　文獻^[1-4]中還給出了三相半波可控整流電路的直流側電壓波形和交流側電流波形圖，與不計整流變壓器漏抗的情況相比，u_d的波形出現了缺口，直流側輸出電壓u_d的平均值也將有所降低。換相期間的壓降可由下式計算^[3]：

　　由公式(2)可以看出，換相期間的壓降與整流變壓器的漏抗成正比。