整流电路换相剖析

　　显然，直流侧的电压电流并非恒定的直流，而是脉动的直流，其中必然含有交流分量;交流侧的电压电流也并非理想的正弦波，它们都发生了不同程度的“畸变”，其中也必然含有谐波分量。利用MATLAB中的FFT模块，可以得到以上各量的谐波分量如表1所示。

　　在表1中，n=0对应于直流分量，n=1对应于基波分量，n>1对应于谐波分量。

　　从图3(a)中可以看出，由于负载中电感较大，所以能够维持负载电流i_d的连续;每个周波都要有3次换相，所以负载电流的波形在每个周波要脉动3次。由表1第二列可以看出，i_d中以直流分量为主(12.11A)，此外还含有较高的3次谐波。

　　从图3(b)中可以看出，在换相期间，直流电压u_d出现了缺口。和负载电流波形相同，负载电压的波形在每个周波也要脉动3次。由表1第三列可以看出，u_d中也是以直流分量为主(121.03V)，此外还含有较高的3的整数倍次谐波。

　　从图3(c)中可以看出，由于晶闸管的单向导电特性，使得变压器副边a相电流i_a的波形中只有正向电流，没有反向电流，其他两相电流的波形与此相同。由表1第四列可以看出，i_a中以基波分量为主(6.75A)，还含有较高的2、4、5次谐波，当这些谐波超过一定水平之后，就会影响交流系统的电能质量。除此之外，i_a中的直流分量(4.03A)也需要引起注意，它将会引起直流磁化，从而降低整流变压器的利用率。

　　从图3(d)、(e)、(f)中可以看出，在换相过程中，整流变压器副边电压瞬时值较高的相电压波形会出现凹陷，表明该相的晶闸管将由截止转为导通;而电压瞬时值接近于零的相电压会出现凸起，表明该相的晶闸管将由导通转为截止，其他两相电压的波形与此相同。由表1第五列可以看出，a相电压u_a中以基波分量为主(175.23V)，此外还含有较高的谐波分量。

　　从图3(g)中可以看出，整流变压器原边A相电流的波形在每个周波也会出现一个凹陷和凸起，这也是由于晶闸管换相所致，其他两相电流的波形与此相同。由表1第六列可以看出，A相电流i_A中以基波分量为主(3.94A)，此外还含有较高的2次谐波。

　　从图3(h)中可以看出，在换相过程中，整流变压器原边A相电压的波形在每个周波也出现一个凹陷和凸起，其他两相电压的波形与此相同。由表1第七列可以看出，A相电压u_A中以基波分量为主(307.44V)，此外还含有较高的谐波分量。

　　通过仿真和分析还可以进一步验证，增加晶闸管的触发角(α)，将会增加整流电路交流侧的谐波;增加变压器的漏抗(X_B)，或增加负载电流(I_d)，都将会延长整流电路的换相过程，增加换相期间的压降。由于篇幅所限，仿真过程从略。

3 结论

　　(1)由于每个周波都要有3次换相，直流侧的负载电压和负载电流的波形在每个周波都会有3次脉动，由傅里叶分析可知，其中包括了不同程度的3次谐波。

　　(2)整流变压器副边相电流中除了基波分量之外，还会有一定的直流分量，这样的电流会引起变压器铁芯的直流磁化。因此，三相半波可控整流电路不适用于功率较大的场合。

　　(3)在换相过程中，整流变压器副边电压瞬时值较高的相电压波形会出现凹陷，而电压瞬时值接近于零的相电压波形会出现凸起，与此同时，整流变压器原边电压的波形也都会在每个周波出现一个凹陷和凸起。因此，在整流变压器原副边电压中都出现了较高的谐波分量。当这些谐波超过一定水平时，就会对交流系统的电能质量产生不利的影响。

参考文献：
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