電容濾波型三相四線橋式整流電路的電壓分析

1、Vol.27 No.5 2007.9/10 船電技術(shù) 2007 年 第 5 期 船電技術(shù) 2007 年 第 5 期 261 電容濾波型三相四線橋式整流電路的電壓分析 孫兆龍 劉德志 陳俊全 （海軍工程大學(xué)艦船綜合電力技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430033） 摘 要：本文對電容濾波型三相四線橋式整流電路的輸出電壓進(jìn)行了分析。在考慮了網(wǎng)側(cè)和中線電感影響的條件下，

2、通過對整流過程的分析列解出方程組，進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算并繪制出整流電壓波形。然后由仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。通過和傳統(tǒng)三相橋式整流電路比較，證明了該電路在改善輸出電壓品質(zhì)方面的作用。 關(guān)鍵詞：三相四線橋式整流電路 電容濾波 電壓分析 中圖分類號：TM 461.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-4862（2007）05-0261-04 Voltage Analysis of Capacitor-

3、filtering Three-phase Four-wire-bridge Circuits Sun Zhaolong , Liu Dezhi , Chen Junquan (National Key Laboratory For Vessel Integrated Power System Technology, Wuhan 430033,China) Abstract: in order to make the voltage o

4、f capacitor-filtering three-phase-bridge circuit better, a detailed analysis of the output voltage of a modified capacitor-filtered three-phase four-wire-bridge rectifier is presented. The influence of supply inductance

5、and middle wire inductance are considered in the analysis process. According to the analysis of the process of the circuits, equations and waveforms of the output voltage are presented. The results of simulation and expe

6、riment are shown to confirm the validity of theoretical analysis. Key words: three-phase four-wire-bridge rectifier circuit; capacitor-filtering; voltage analysis 為獲得完全對稱的正負(fù)整流電壓，采用電容濾波型三相四線橋式整流電路。對于這種電路很少有文獻(xiàn)深入分析其輸出電壓特性。

7、合理選擇電路參數(shù)必須對該電路的輸出電壓進(jìn)行詳細(xì)分析。 1 整流過程分析 電容濾波型三相四線整流電路如圖 1 所示，圖 1 中， Lσ 為交流側(cè)等效電感，C1、C2 為濾波電容， 且 C1=C2 ， L 為中線電感， R 為負(fù)載電阻。在圖 1 所示電路中，由于中線的存在，整流過程可以看作是兩個(gè)半波整流的疊加，由于濾波電容C1、C2 是串聯(lián)在一起的，故兩個(gè)半波整流電路之間存在耦合。電容濾波型三相橋式整流電路，在負(fù)載較大且考慮交流側(cè)電感

8、的情況下，電流通常是連續(xù)的[1]，即同時(shí)有兩管導(dǎo)通，換相時(shí)三管導(dǎo)通。而對于三相四線整流電路，當(dāng)負(fù)載電阻很小時(shí)，電容充放電時(shí)間常數(shù)較小，會出現(xiàn)兩管和三管交替導(dǎo)通的情況， 但此時(shí)輸出電壓紋波比較大，所以一般在實(shí)際應(yīng)用中不會出現(xiàn)這種情況[2]。通常三相四線整流橋的整流過程可以分為以下兩種情況。 （為敘述方便， 假設(shè)整流過程從 D6 管開始） 。b ec e3 D 5 D4 D 6 D 2 Da e1 C2 CL1 DRLσLσLσ圖 1 電容

9、濾波型三相四線橋式整流電路圖 收稿日期：2007-8-17 作者簡介：孫兆龍(1985-)，男，碩士研究生，研究方向：集成化發(fā)電技術(shù)。 Vol.27 No.5 2007.9/10 船電技術(shù) 2007 年 第 5 期 船電技術(shù) 2007 年 第 5 期 263 為周期的函數(shù)，可列解方程如下： ? ? ? ? ??? ? ? ? ???+ =+ == ++ =? =

10、? =°°°+ + ° °) 60 ( ) 0 () 60 ( ) 0 ((3)0 ) () 60 ( ) 0 () 0 ( ) 0 ( ) 0 (1 22 160 1 60 1δδγ δδδ δa bbm a Ai iu uiu udtdi L u dtdi L u e3 整流電壓的分析 由上述分析及方程 1、2、3 式可以解出電壓的解析式，但是由于方程本身是高階微分方程組且其系數(shù)比較

11、繁瑣，導(dǎo)致解析式冗長，故在此不再列出。對于參數(shù)已經(jīng)確定的電路，可以直接由方程 1、2、3 式得到其數(shù)值解然后繪制整流電壓的波形?；倦娐穮?shù)電壓源峰值為 133v，漏感為 1.5 L mH σ = ，負(fù)載電阻為 R=55.5 ? ，電容 C分別取以下三組：C=1.1mF、2.2mF、4.7mF，電感 L 分別取以下三組：L=0、3mH、6mH。繪制波形如圖 4 所示。 由圖 4 中圖 a 可以得出整流電壓與濾波電容的關(guān)系：隨著濾波電容的

12、變化，整流電壓的平均值則變化不大，而整流電壓的紋波系數(shù)隨著電容的增大而減小。由圖 b 可以得到整流電壓與中線電感的關(guān)系： 隨著電感的增大， 電壓平均值減小。但紋波系數(shù)的變化卻不是單調(diào)的，對于參數(shù)確定的電路， 存在一個(gè)電感 L0 使得整流電壓的紋波最小，當(dāng)中線電感 L=3nL0 或 L=5nL0，其中 n 為整數(shù)（即 L 是 L0 的 3 或是 5 的整數(shù)倍） ，其紋波系數(shù)較小，且隨著 n 的增大，紋波系數(shù)變大。L0 的大小由方程 1、

13、2、 3 式系用計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算得出。如對于上述參數(shù)的電路， 電容 C=2.2mF 時(shí)可以得到不同的中線電感對應(yīng)的不同的電壓紋波系數(shù)，如表 1 所示?？梢钥闯霎?dāng) L=2mH 時(shí)，紋波系數(shù)是最小的，當(dāng) L=6mH 和 L=10mH 時(shí)，紋波系數(shù)也較小。 0.1 0.105 0.11 0.115 0.12220222224226228 C=1.1mFC=2.2mFC=4.7mF0.1 0.105 0.11 0.115 0.1221522022

14、5230235240245250L=0mHL=3mHL=6mH圖 a 電壓與電容關(guān)系圖（L=3mH） 圖 b 電壓與電感關(guān)系圖（C=2.2mF） 圖 4 整流電壓理論波形圖 表 1 輸出電壓紋波系數(shù)與中線電感的關(guān)系表 L=0 1 mH 2 mH 3 mH 4 mH 5 mH 6 mH 7 mH 8 mH 9 mH 10 mH 0.29% 0.15% 0.14% 0.22% 0.30

15、% 0.37% 0.28% 0.32% 0.34% 0.37% 0.31% 4 理論分析和仿真試驗(yàn)的比較 為 驗(yàn) 證 理 論 分 析 的 正 確 性 ， 用matlab/simulink 對圖 1 進(jìn)行仿真，同時(shí)用相同的電路參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。可以得到波形如圖 6、7。 可以看出仿真和實(shí)驗(yàn)的整流電壓波形圖與理論分析的結(jié)果基本相符。誤差分析：理論分析中沒有考慮到二極管和電機(jī)繞組及引出線電阻的壓降，故仿真波形略高于理論結(jié)果。實(shí)驗(yàn)用發(fā)電