整流電路換相剖析

　　摘要：為了研究變壓器漏抗對整流電路的影響，本文在MATLAB環境下對三相半波可控整流電路進行了仿真。結果表明，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發生畸變。通過諧波分析可知，在整流變壓器副邊電流中出現了較高的2、4、5次諧波和直流分量，前者將會影響交流系統的電能質量，后者將會降低整流變壓器的利用率。

　　引言

　　目前，一些電力電子技術教材在介紹“變壓器漏抗對整流電路的影響”時，都是以三相半波可控整流電路為例，畫出直流側電壓波形和交流側電流波形，并給出換相重疊角和換相壓降的計算公式^[1-5]。這些教材中只是強調了換相期間直流側輸出電壓波形出現了缺口，但都沒有對交流側電壓電流的波形進行深入的分析，忽略了其中的諧波分量。大量的實測數據證明，當整流電路產生的諧波超過一定水平時，就會引起交流系統電壓波形畸變，從而影響相關電氣設備的正常運行，這是一個值得關注的問題。本文將通過MATLAB仿真，觀察三相半波可控整流電路計及變壓器漏抗后的電壓波形和電流波形，并給出對應的諧波分析。所得結果可作為對現行教材的補充，以幫助學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，負載中串有一個很大的電感。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。

　　假設晶閘管觸發角α=30°，在觸發VT₁之前，VT₃導通，負載由c相供電，直流電流i_d等于交流側c相電流i_c;當α=30°時，觸發VT₁，這樣VT₁就開始導通;由于變壓器漏抗的作用，使得i_c需經過一定的時間，才能由i_d降到零;而交流側a相電流i_a也需經過同樣的時間，才能由零上升到i_d。通常將這個過程稱之為“換相”。換相過程的持續時間可以用換相重疊角γ來表示，對于三相半波可控整流電路而言，該換相重疊角與其他有關電氣量的關系可由下式表示^[2]：

　　公式(1)中的X_B是折算到二次側的變壓器漏抗，I_d是負載電流的平均值，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將隨著觸發角α的增大而減小。

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