整流電路換相剖析

　　顯然，直流側的電壓電流并非恒定的直流，而是脈動(dòng)的直流，其中必然含有交流分量;交流側的電壓電流也并非理想的正弦波，它們都發(fā)生了不同程度的“畸變”，其中也必然含有諧波分量。利用MATLAB中的FFT模塊，可以得到以上各量的諧波分量如表1所示。

　　在表1中，n=0對應于直流分量，n=1對應于基波分量，n>1對應于諧波分量。

　　從圖3(a)中可以看出，由于負載中電感較大，所以能夠維持負載電流i_d的連續;每個(gè)周波都要有3次換相，所以負載電流的波形在每個(gè)周波要脈動(dòng)3次。由表1第二列可以看出，i_d中以直流分量為主(12.11A)，此外還含有較高的3次諧波。

　　從圖3(b)中可以看出，在換相期間，直流電壓u_d出現了缺口。和負載電流波形相同，負載電壓的波形在每個(gè)周波也要脈動(dòng)3次。由表1第三列可以看出，u_d中也是以直流分量為主(121.03V)，此外還含有較高的3的整數倍次諧波。

　　從圖3(c)中可以看出，由于晶閘管的單向導電特性，使得變壓器副邊a相電流i_a的波形中只有正向電流，沒(méi)有反向電流，其他兩相電流的波形與此相同。由表1第四列可以看出，i_a中以基波分量為主(6.75A)，還含有較高的2、4、5次諧波，當這些諧波超過(guò)一定水平之后，就會(huì )影響交流系統的電能質(zhì)量。除此之外，i_a中的直流分量(4.03A)也需要引起注意，它將會(huì )引起直流磁化，從而降低整流變壓器的利用率。

　　從圖3(d)、(e)、(f)中可以看出，在換相過(guò)程中，整流變壓器副邊電壓瞬時(shí)值較高的相電壓波形會(huì )出現凹陷，表明該相的晶閘管將由截止轉為導通;而電壓瞬時(shí)值接近于零的相電壓會(huì )出現凸起，表明該相的晶閘管將由導通轉為截止，其他兩相電壓的波形與此相同。由表1第五列可以看出，a相電壓u_a中以基波分量為主(175.23V)，此外還含有較高的諧波分量。

　　從圖3(g)中可以看出，整流變壓器原邊A相電流的波形在每個(gè)周波也會(huì )出現一個(gè)凹陷和凸起，這也是由于晶閘管換相所致，其他兩相電流的波形與此相同。由表1第六列可以看出，A相電流i_A中以基波分量為主(3.94A)，此外還含有較高的2次諧波。

　　從圖3(h)中可以看出，在換相過(guò)程中，整流變壓器原邊A相電壓的波形在每個(gè)周波也出現一個(gè)凹陷和凸起，其他兩相電壓的波形與此相同。由表1第七列可以看出，A相電壓u_A中以基波分量為主(307.44V)，此外還含有較高的諧波分量。

　　通過(guò)仿真和分析還可以進(jìn)一步驗證，增加晶閘管的觸發(fā)角(α)，將會(huì )增加整流電路交流側的諧波;增加變壓器的漏抗(X_B)，或增加負載電流(I_d)，都將會(huì )延長(cháng)整流電路的換相過(guò)程，增加換相期間的壓降。由于篇幅所限，仿真過(guò)程從略。

　　3 結論

　　(1)由于每個(gè)周波都要有3次換相，直流側的負載電壓和負載電流的波形在每個(gè)周波都會(huì )有3次脈動(dòng)，由傅里葉分析可知，其中包括了不同程度的3次諧波。

　　(2)整流變壓器副邊相電流中除了基波分量之外，還會(huì )有一定的直流分量，這樣的電流會(huì )引起變壓器鐵芯的直流磁化。因此，三相半波可控整流電路不適用于功率較大的場(chǎng)合。

　　(3)在換相過(guò)程中，整流變壓器副邊電壓瞬時(shí)值較高的相電壓波形會(huì )出現凹陷，而電壓瞬時(shí)值接近于零的相電壓波形會(huì )出現凸起，與此同時(shí)，整流變壓器原邊電壓的波形也都會(huì )在每個(gè)周波出現一個(gè)凹陷和凸起。因此，在整流變壓器原副邊電壓中都出現了較高的諧波分量。當這些諧波超過(guò)一定水平時(shí)，就會(huì )對交流系統的電能質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。

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