整流電路換相剖析

　　摘要：為了研究變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響，本文在MATLAB環(huán)境下對(duì)三相半波可控整流電路進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明，在換相過程中，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。通過諧波分析可知，在整流變壓器副邊電流中出現(xiàn)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(tǒng)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(duì)整流電路的影響”時(shí)，都是以三相半波可控整流電路為例，畫出直流側(cè)電壓波形和交流側(cè)電流波形，并給出換相重疊角和換相壓降的計(jì)算公式^[1-5]。這些教材中只是強(qiáng)調(diào)了換相期間直流側(cè)輸出電壓波形出現(xiàn)了缺口，但都沒有對(duì)交流側(cè)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(cè)數(shù)據(jù)證明，當(dāng)整流電路產(chǎn)生的諧波超過一定水平時(shí)，就會(huì)引起交流系統(tǒng)電壓波形畸變，從而影響相關(guān)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，這是一個(gè)值得關(guān)注的問題。本文將通過MATLAB仿真，觀察三相半波可控整流電路計(jì)及變壓器漏抗后的電壓波形和電流波形，并給出對(duì)應(yīng)的諧波分析。所得結(jié)果可作為對(duì)現(xiàn)行教材的補(bǔ)充，以幫助學(xué)生加深理解整流電路的換相過程。

　　1 三相半波可控整流電路的換相過程

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

　　假設(shè)晶閘管觸發(fā)角α=30°，在觸發(fā)VT₁之前，VT₃導(dǎo)通，負(fù)載由c相供電，直流電流i_d等于交流側(cè)c相電流i_c;當(dāng)α=30°時(shí)，觸發(fā)VT₁，這樣VT₁就開始導(dǎo)通;由于變壓器漏抗的作用，使得i_c需經(jīng)過一定的時(shí)間，才能由i_d降到零;而交流側(cè)a相電流i_a也需經(jīng)過同樣的時(shí)間，才能由零上升到i_d。通常將這個(gè)過程稱之為“換相”。換相過程的持續(xù)時(shí)間可以用換相重疊角γ來表示，對(duì)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(cè)的變壓器漏抗，I_d是負(fù)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將隨著觸發(fā)角α的增大而減小。

　　文獻(xiàn)^[1-4]中還給出了三相半波可控整流電路的直流側(cè)電壓波形和交流側(cè)電流波形圖，與不計(jì)整流變壓器漏抗的情況相比，u_d的波形出現(xiàn)了缺口，直流側(cè)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(jì)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。