电力电子技术——关于电容滤波在不可控整流中的应用分析.pdf

简介：
本文探讨了电容滤波器在不可控整流电路中的作用与优化方法，通过理论分析和实验验证其对输出电压波形改善的效果。 在电力电子技术领域内，电容滤波的不可控整流电路是一种常见的结构，在交—直—交变频器、不间断电源及开关电源中得到广泛应用。这类电路的主要特点是使用二极管作为核心元件，因此也被称为二极管整流电路。单相桥式和三相桥式是其中最常见的两种接线方式。 电容滤波的单相不可控整流电路的工作原理可以分为几个关键阶段：当交流电源电压u2处于正半周且小于二极管端电压ud时，电容器C会通过负载R放电，并使ud逐渐下降。一旦u2超过ud值，VD1和VD4两个二极管将导通，此时交流电源开始给电容充电并同时为负载提供电流。当达到某一角度θ时，ud再次与u2相等，导致二极管关闭而让电容器放电。随着电压降至一定水平后，另一对二极管VD2和VD3开始工作，此过程会不断重复从而形成周期性模式。 在分析电路特性时有两个关键参数δ（导通时刻相对于交流电源过零点的角度差）和θ（导通角）。这两个值可以通过以下公式计算： δ = arcsin[(ud(0) - Ue)/(2 * U2)] θ = arctg(R * C * ω/ δ) 其中，ud(0)代表二极管开始传导时的直流侧电压；Ue是电源的有效电压；R为负载电阻值；C表示电容容量大小；ω则是交流源角频率。 输出平均直流电压Ud大约为： Ud ≈ 1.2 * U2 (空载状态) Ud ≈ 0.9 * U2 (满负荷运行) 电流平均IR和ID分别由负载电阻R及二极管电流iD决定，即ID = IR/√2。此外，二极管承受的最大电压等于变压器二次侧峰值电压值。为了减少启动时的冲击影响，在直流侧通常会串联一个小电感器来使ud波形更加平滑，并且让上升部分变得较为缓和以提高电路稳定性。 对于单相桥式不可控整流电路而言，当有二极管导通的情况下输出电压等于交流线电压的最大值；而在没有二极管工作时，则由电容器向负载放电导致ud呈指数下降趋势。电流id可能是间歇的或连续的形式，这取决于二极管的工作状态以及速度相等原则。具体而言，在3RCω = 临界条件时，电流将从断续模式转变为持续流动。 综上所述，这种电路在电力电子系统中扮演着重要角色，能够有效平滑直流输出电压并提供稳定的电源供应。设计和选择相关参数（如电容值C、负载电阻R及滤波电感）对于实现最佳性能至关重要。