整流電路換相剖析

　　顯然，直流側(cè)的電壓電流并非恒定的直流，而是脈動的直流，其中必然含有交流分量;交流側(cè)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(yīng)于直流分量，n=1對應(yīng)于基波分量，n>1對應(yīng)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(xù);每個周波都要有3次換相，所以負載電流的波形在每個周波要脈動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(xiàn)了缺口。和負載電流波形相同，負載電壓的波形在每個周波也要脈動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(shù)倍次諧波。

　　從圖3(c)中可以看出，由于晶閘管的單向?qū)щ娞匦?，使?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/變壓器">變壓器副邊a相電流i_a的波形中只有正向電流，沒有反向電流，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(dāng)這些諧波超過一定水平之后，就會影響交流系統(tǒng)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，在換相過程中，整流變壓器副邊電壓瞬時值較高的相電壓波形會出現(xiàn)凹陷，表明該相的晶閘管將由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通;而電壓瞬時值接近于零的相電壓會出現(xiàn)凸起，表明該相的晶閘管將由導(dǎo)通轉(zhuǎn)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周波也會出現(xiàn)一個凹陷和凸起，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，在換相過程中，整流變壓器原邊A相電壓的波形在每個周波也出現(xiàn)一個凹陷和凸起，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。

　　通過仿真和分析還可以進一步驗證，增加晶閘管的觸發(fā)角(α)，將會增加整流電路交流側(cè)的諧波;增加變壓器的漏抗(X_B)，或增加負載電流(I_d)，都將會延長整流電路的換相過程，增加換相期間的壓降。由于篇幅所限，仿真過程從略。

　　3 結(jié)論

　　(1)由于每個周波都要有3次換相，直流側(cè)的負載電壓和負載電流的波形在每個周波都會有3次脈動，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，還會有一定的直流分量，這樣的電流會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合。

　　(3)在換相過程中，整流變壓器副邊電壓瞬時值較高的相電壓波形會出現(xiàn)凹陷，而電壓瞬時值接近于零的相電壓波形會出現(xiàn)凸起，與此同時，整流變壓器原邊電壓的波形也都會在每個周波出現(xiàn)一個凹陷和凸起。因此，在整流變壓器原副邊電壓中都出現(xiàn)了較高的諧波分量。當(dāng)這些諧波超過一定水平時，就會對交流系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。

　　參考文獻：
　　[1]王兆安,劉進軍.電力電子技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009
　　[2]王云亮.電力電子技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004
　　[3]郭世明,黃念慈.電力電子技術(shù)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2002
　　[4]李雅軒,楊秀敏等.電力電子技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2004
　　[5]陳堅,康勇,等.電力電子技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2011