电容滤波的不可控整流电路

电容滤波的三相不可控整流电路2电容滤波的不可控整流电路在交-直-交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，大都采用不可控整流电路经电容滤波后提供直流电源，供后级的逆变器、斩波器等使用。

目前最长用的是单相桥式和三相桥式两种接法。

由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故也称这类电路为二极管整流电路。

2.1 电容滤波的三相不可控整流电路在该电路中，当某一对二极管导通时，输出直流电压等于交流侧最大的一个，该线电压既向电容供电，也相负载供电。

当没有二极管导通时，由电容向负载放电。

1）直流电压与负载电阻额关系（只考虑稳态情况）0.1550.160.1650.170.1750.184004505005506000.1550.160.1650.170.1750.1840045050055060010Ω0.1550.160.1650.170.1750.184004505005506001Ω0.1550.160.1650.170.1750.180.1Ω分析仿真波形：1）空载时，输出的直流电压波形近似为直线，负载越大电压的纹波越严重；随着电阻的减小，电压的平均值越来越小，且负载为0.1Ω与1Ω时的输出电压波形都成为线电压的包络线。

2）电流波形和负载的关系（只考虑稳态时） -500500负载10Ω时a 相交流电流和直流电流00.010.020.030.040.050.060100200300-10001000负载1.67Ω时a 相交流电流和直流电流0.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050.0550200400600-20002000负载0.5Ω时a 相交流电流和直流电流00.010.020.030.040.050.06050010001500分析仿真结果：随着负载的增大，直流侧的电流不断增大，且直流侧电流的起伏不断增大，纹波增加，负载为1.67Ω时，直流侧电流为断续和连续的临界状态；同时a 相电流也不断增大，并更接近正弦。

整流电路滤波电容滤波电容作为整流电路中的重要组成部分，其作用是对电路中的电流进行滤波，以获得稳定的直流电压输出。

在这篇文章中，我们将详细介绍滤波电容的原理、特点以及其在整流电路中的应用。

一、滤波电容的原理滤波电容的原理是基于其对交流信号的阻抗特性。

在交流电路中，电容器对于高频信号的阻抗较低，而对于低频信号的阻抗较高。

因此，通过适当选择电容器的数值，可以使高频信号通过而低频信号被抑制，从而实现对电路中的交流信号进行滤波的目的。

二、滤波电容的特点1. 高频滤波：滤波电容的主要作用是对高频信号进行滤波。

它可以将高频噪声信号从电路中剔除，使得输出信号更加纯净稳定。

2. 电容器容值的选择：电容器的容值决定了滤波效果的好坏。

容值较大的电容器可以对更高频率的信号进行滤波，但同时也会增加电路的成本和体积。

因此，在实际应用中需要根据具体要求进行合理选择。

3. 充电和放电：滤波电容在工作过程中需要进行充放电过程。

当输入电压正弦波的峰值大于电容器已充电的电压时，电容器开始充电；当输入电压正弦波的峰值小于电容器已充电的电压时，电容器开始放电。

这种充放电过程使得电容器能够对电路中的交流信号进行滤波。

三、滤波电容在整流电路中的应用滤波电容在整流电路中起到了关键的作用。

整流电路是将交流电转换为直流电的电路，而滤波电容则用于平滑输出电压，提供稳定的直流电源。

在半波整流电路中，滤波电容与二极管串联，通过控制电容器的容值，可以使得输出电压的纹波系数达到要求。

纹波系数是衡量输出电压稳定性的重要指标，它越小表示电压波动越小，输出电压越稳定。

在全波整流电路中，滤波电容则与二极管并联，通过充放电过程将输出电压的纹波进行滤除，使得输出电压更加稳定。

四、滤波电容的注意事项1. 选择合适的电容器：在选择滤波电容时，需要考虑电容器的耐压、容值和频率特性等因素。

根据具体的应用需求，选择合适的电容器是确保整个滤波电路正常工作的关键。

2. 避免电容器过载：滤波电容的容值过大或过小都会影响整个电路的性能。

整流电路滤波电容1 整流电路的作用整流电路是指将交流电源输出的电压信号转换成直流电压信号的电路。

在电子设备中，很多电子元器件如二极管、三极管等只能工作在直流电压条件下，因此整流电路的作用非常重要。

2 整流电路中的滤波电容在整流电路中，交流电源输出的电压信号需要进行整流处理，但是由于整流过程中仍然存在纹波，需要通过滤波电容对直流电压进行平滑处理。

滤波电容的作用是在直流电压上表现出电容器的特性。

具体来说，滤波电容可以存储电荷并阻止电流的瞬变，从而使输出电压平稳。

滤波电容的常用类型有电解电容、陶瓷电容等。

其中，电解电容适合大容量的滤波应用，而陶瓷电容适合小电容的滤波应用。

3 滤波电容的选用选择合适的滤波电容需要考虑以下几个因素：3.1 容值滤波电容的容值决定了电容器所能存储的电荷，容值越大，则存储的电荷越多，滤波效果越好，但是也会增加成本和体积。

选择容值时需要根据需求的电容值及电路的工作电压决定。

3.2 电压等级滤波电容的电压等级需要大于整流电路中的最大工作电压，否则会造成电容器破裂或者损坏，对整个电路产生影响。

一般来说，滤波电容的电压等级可以适当留有余量，以增加电容器的使用寿命和可靠性。

3.3 ESR和ESLESR和ESL分别代表电容器的串联等效电阻和串联等效电感。

ESR 会导致电容器在高频范围内变为阻抗，并产生电压降或功率耗散，从而影响滤波效果；ESL则会对高频信号产生反弹和共振，从而进一步影响整个电路的性能。

因此，选用滤波电容时需要注意ESR和ESL的参数，尽量选择低ESR和ESL的电容器，以提高滤波效果和电路的稳定性。

4 滤波电容的安装滤波电容的安装需要注意以下几点：4.1 端子标记滤波电容一般有正负两个端子，需要正确地连接在整流电路的正负极上。

一般来说，电解电容的负极有标记，陶瓷电容没有标记，需要根据具体型号进行确认。

4.2 间距和热释放滤波电容的放置要与其他元器件保持一定的间距，以避免热量积累和热释放问题。

简答题1. 使晶闸管导通的条件是什么?答：使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲).或：u AK>0且u GK>0.2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流.要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

3.多相多重斩波电路有何优点？答：多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路,使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、脉动幅度减小，对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。

此外，多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波单元之间互为备用，总体可靠性提高.4．交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？答：一般来讲，构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，最高输出频率就越高。

当交交变频电路中采用常用的6脉波三相桥式整流电路时，最高输出频率不应高于电网频率的1/3～1/2错误!未找到引用源。

当电网频率为50Hz时，交交变频电路输出的上限频率为20Hz左右。

当输出频率增高时,输出电压一周期所包含的电网电压段数减少，波形畸变严重，电压波形畸变和由此引起的电流波形畸变以及电动机的转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。

5．试说明PWM控制的基本原理。

答：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术.即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。

效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。

上述原理称为面积等效原理6.1什么是异步调制？主要特点答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制.在异步调制方式中，通常保持载波频率f c 固定不变，因而当信号波频率f r变化时，载波比N是变化的.异步调制的主要特点是：在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。

1、单相半波可控整流电路——阻性负载，触发角2、单相半波可控整流电路——阻感负载，触发角3、单相半波可控整流电路——阻感负载有续流二极管，触发角4、单相桥式全控整流电路——纯阻性负载，触发角5、单相桥式全控整流电路——带反电动势负载，触发角6、单相桥式全控整流电路——阻感性负载，触发角7、单相全波可控整流电路(单相双半波可控整流电路）——阻性负载，触发角8、单相桥式半控整流电路——阻性负载，触发角9、单相桥式半控整流电路——阻感负载，有续流二极管，触发角10、单相桥式半控整流电路另一种接法1、三相半波可控整流电路——纯阻性负载R 1）纯电阻负载，触发角为0度2）纯阻性负载，触发角30度3）纯阻性负载，触发角大于30度电流断续，以60度为例2、三相半波可控整流电路——阻感负载1）阻感负载，触发角60度（当触发角时，整流电压波形与纯阻性负载时相同，因为两种负载情况下，负载电流均连续）。

3、三相桥式全控整流电路1）纯电阻负载，触发角0度纯阻性负载，0度触发角时晶闸管工作情况2）纯阻性负载，触发角30度3）纯阻性负载，触发角60度4）纯阻性负载，触发角90度5）阻感负载，触发角0度6）阻感负载，触发角30度7）阻感负载，触发角90度4、考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算5、电容滤波的不可控整流电路（单相桥式整流电路）6、感容滤波的二极管整流电路7、带平衡电抗器的双反星型可控整流电路触发角为0度时，两组整流电压电流波形平衡电抗器作用下输出电压的波形和电抗器上的电压波形平衡电抗器作用下，两个晶闸管同时导通的情况当触发角为30度、60度、90度时，双反星形电路的输出电压波形8、多重化整流电路（并联多重联结的12脉波整流电路）9、移相30度串联2重联结电路移相30度串联2重联结电路电流波形三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形 u ab u ac u bc u ba u cau cb u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac u bc u a u b u c u a u b u c u a u b u c u a u b u 2u d ωtO ωtO β =π4β =π3β =π6β =π4β =π3β =π6ωt 1ωt 3ωt 2。

电力电子技术随堂练习第一章电力二极管和晶闸管一、单选题1．晶闸管内部有（）PN结A．一个B．二个C．三个D．四个【答案：C】2. 晶闸管两端并联一个RC电路的作用是（C ）A．分流B．降压C．过电压保护D．过电流保护【答案：C】3. 普通晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（）来表示的A．有效值 B．最大值 C．平均值 D．瞬时值【答案：C】4. 晶闸管在电路中的门极正向偏压（）愈好A．愈大 B．愈小 C．不变 D．0 【答案：B】二、判断题1．晶闸管串联使用时，必须注意均流问题。

（）【答案：×】2．给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。

（）【答案：×】3. 两个以上晶闸管串联使用，是为了解决自身额定电压偏低，不能胜任电路电压要求，而采取的一种解决方法，但必须采取均压措施。

（）【答案：√】4. 触发普通晶闸管的触发脉冲，也能触发可关断晶闸管。

（）【答案：×】5. 普通晶闸管外部有三个电极，分别是基极、发射极和集电极。

（）【答案：×】6. 只要让加在晶闸管两端的电压减小为零，晶闸管就会关断。

（）【答案：×】7. 只要给门极加上触发电压，晶闸管就导通。

（）【答案：×】第二章单相可控整流电路一、单选题1．单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差（）度A．180° B．60° C．360° D．120°【答案：A】2. 单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是( ) A．90°B．120°C．150°D．180°【答案：D】3. 晶闸管可控整流电路中的控制角α减小，则输出的电压平均值会（）。

A．不变， B．增大， C．减小。

【答案：B】4. 单相半波可控整流电路输出直流电压的最大平均值等于整流前交流电压的（）倍。

A．1， B．0.5， C．0.45， D．0.9.【答案：C 】5. 单相桥式全控整流电路输出直流电压的最大平均值等于整流前交流电压的（）倍。

一、概述不可控整流电路是一种常见的电力电子电路，其用途广泛，可以实现交流电到直流电的转换。

而在不可控整流电路中，三相桥式不可控整流电路因其电路结构简单、工作稳定可靠而得到广泛应用。

然而，在实际应用中，不可控整流电路的输出往往伴随着一定的谐波和波动，为了解决这一问题，常常会在电路输出端接入电感电容滤波器。

本文将对三相桥式不可控整流电路带电感电容滤波器进行详细的计算分析，以期为工程实践提供参考。

二、三相桥式不可控整流电路简介三相桥式不可控整流电路采用了三相桥式整流电路，其具有结构简单、电能利用率高等特点。

在电路中，当三相交流电输入时，经过变压器升压后，通过整流桥接入负载电路，将交流电转换为直流电。

整流电路采用晶闸管作为开关元件，实现了对电流的控制，从而保证了整流电路的稳定性和可靠性。

三、带电感电容滤波器原理及特点1. 带电感电容滤波器原理带电感电容滤波器是一种常见的电路滤波器，它是通过电感和电容的串联和并联组合来对电路的输出进行滤波，去除不必要的谐波和波动，使得输出电压平稳。

其原理是利用电感对电路中的高频部分进行阻挡，而通过电容对电路中的低频部分进行通行，从而实现对电路输出波形的平滑处理。

2. 带电感电容滤波器特点带电感电容滤波器具有频率选择性强、波形平滑、抑制谐波等特点，能够有效地改善整流电路的输出波形，提高电路的工作效率和稳定性。

四、三相桥式不可控整流电路带电感电容滤波器设计1. 电路参数确定在设计三相桥式不可控整流电路带电感电容滤波器时，首先需要确定待滤波的电路的参数，包括输入电压、输出负载等。

根据电路的具体参数，可以计算出所需的滤波器参数。

2. 电感电容滤波器参数计算电感电容滤波器的参数计算是基于电路的频率响应和阻抗匹配来确定的。

根据电路的输入频率和输出波形要求，可以计算出电感和电容的数值大小，使得滤波器能够有效地滤除不必要的谐波和波动。

3. 电感电容滤波器的连接方式电感电容滤波器的连接方式有多种，包括串联式、并联式等，根据电路的需求和设计要求选择适合的连接方式。

电容滤波的不控整流电路在交—直—交变频器等电力电子电路中，大多采用不可控整流电路经电容滤波后提供直流电源给后级的逆变器，因此有必要对电容滤波的不控整流电路开展研究。

一、带电容滤波的单相不控整流电路图1为电容滤波的单相不可控整流电路，这种电路常使用在开关电源的整流环节中。

仅用电容滤波的单相不可控整流电路如图1a)所示。

在分析时将时间坐标取在u2正半周和ud的交点处，见图3-29c)。

当u2ud，VD1、VD4­导通，交流电源向电容C充电，同时也向负载Rd供电。

设u2正半周过零点与VD1、VD2开始导通时刻相差的角度为δ，则VD1、VD2导通后(1)ωt=0时，u20=uc0=ud0=，电容电流为（2）负载电流为（3）整流桥输出电流（4）0，向电容C充电，uc随u2而上升，到达u2峰值后，uc 又随u2下降，id减小，直至ωt=θ时，id=0，VD1、VD4关断，即θ为VD1、VD4的导通角。

令id=0，可求得二极管导通角θ与初始相位角δ的关系为（5）由上式可知θ＋δ是位于第二象限的角，故（6）ωt>θ后，电容C向负载R供电，uc从t=θ/ω的数值按指数规律下降（7）ωt=π时，电容C放电结束，电压uc的数值与ωt=0是的电压数值相等，即（8）将式（6）和的关系式代入上式，可得（9）整流电路的输出直流电压可按下式计算（10）在已知ωRC的条件下，可通过式（9）求起始导电角δ，在由式（6）计算导通角θ，最后可由式（10）求出整流电路输出直流电压平均值Ud。

3.4.2 带电容滤波的三相不控整流电路图2所示的是带电容滤波的三相桥式不控整流电路及其电压、电流波形。

a) b)c) L=0，ωRC= d) L>0，ωRC=e) L=0，ωRC0，ωRC<图2 带电容滤波的三相桥式不控整流电路及其电压、电流波形。

习题（二）第一部分：填空题1、在特定场合下，同一套整流电路即可工作在状态，又可工作在状态，故简称变流电路。

2、控制角α与逆变角β之间的关系为。

3、三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差。

4.电容滤波的单相不可控整流电路中，空载时，放电时间常数为，输出电压最大，U 。

d5.整流是把电变换为电的过程；6. 逆变与整流的区别仅仅是控制角不同，时，电路工作在整流状态，时，电路工作在逆变状态。

7. 产生逆变的条件：要有直流电动势，其极性和晶闸管的导通方向，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；要求晶闸管的控制角 90度，使为负值。

8. 三相桥式全控整流电路的触发方式有触发和触发两种。

第二部分：选择题1、单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是( )A.90°B.120°C.150°D.180°2、三相可控整流与单相可控整流相比较，输出直流电压的纹波系数（）。

A 三相的大B 单相的大 C一样大3、单相全控桥电阻性负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为( )2U22U2126U224、对于三相半波可控整流电路，换相重叠角γ与哪几个参数有关( )A. α、负载电流I d以及变压器漏抗X CB. α以及负载电流I dC. α和U2D. α、U2以及变压器漏抗X C5、能够实现有源逆变的电路为( )。

A、三相半波可控整流桥带续流二极管电路B、单相全波可控整流电路C、单相全控桥接续流二极管电路D、单相半控桥整流电路6、三相半波可控整流电路的自然换相点是( )A、交流相电压的过零点；B、本相相电压与相邻相电压正、负半周的交点处；C、比三相不控整流电路的自然换相点超前30°；D、比三相不控整流电路的自然换相点滞后60°。

7、三相半波带电阻性负载时，α为（）度时，可控整流输出的电压波形处于连续和断续的临界状态。

A、0度B、60度C、30度D、120度8、三相桥式全控整流电路中6个晶闸管的导通顺序正确的是（）A、B、C、D、9、单相全控桥式整流电路，带阻感负载（L足够大）时的移相范围是（）。

单相、三相整流的输⼊电流、平均电流、电流有效值、峰值电流与输出电流的关系单相、三相整流的输⼊电流与输出电流的关系简要分析单相和三相电容滤波不可控整流的输⼊电流、母线电流、输出电流之间的关系，最后给出简单的估算公式。

1、单相输⼊整流单相输⼊整流如下图1，δ为⼆极管的起始导电⾓，θ为导通⾓。

图1 电容滤波单相桥不控整流电路及波形（图形出处：《电⼒电⼦学---电⼒电⼦变换和控制技术》--陈坚）图中()2*sin()s v t Vs t ωδ=+，电流计算式如下：可以得到：变频器使⽤条件下，负载R 需要通过折算直流母线电流来确定。

sin δ约为母线电压最⼩值与额定值的⽐。

起始导电⾓、导通⾓、负载、电容间的关系如下表：sin()in t ωδ+。

（1）单相输⼊电流有效值忽略效率，假设输⼊功率等于输出功率，则Pin=Pout 。

Pin=Uin*Iin ，（电流电压均为有效值）。

，（Uo 为输出的线电压，Io 为输出电流）。

可得到，即单相输⼊的变频器，考虑功率因数时，Iin=*Io/cos γ。

（2）单相母线电流平均值in ，根据母线提供的功率等于输出功率，则**in d o o I I =，（S2变频器，Uin 为220V ，Uo 为220V ），2d o I I =，（1.2d o I I =）单个⼆极管承受的电流平均值为母线电流平均值的⼀半。

（3）单相输⼊电流峰值输⼊电流类似与正弦波，只是导通⾓度减⼩，但周期和输⼊电压⼀致。

将输⼊电流的⽅向电流变为正后即为母线电流，所以输⼊电流峰值即为母线电流峰值。

输⼊电流峰值与负载和滤波电容有关，它们决定了导通⾓θ。

当负载在有感性负载如电机或直流电抗器的情况下，输⼊电流的波形类似于正弦半波。

函数y=Asin(wt)，通过积分计算可得到正弦半波的最⼤值与平均值的关系为2AV Ay π=，2AV MAX y y π=单相整流的输出电流周期为π，最⼤导通⾓为π，当导通⾓为θ时，2*AV MAXy y θππ=输出功率逆推得到母线电流平均值与波形计算值相等，d AV I y =，则输⼊电流最⼤值：()*in MAX o I I ππθ=考虑功率因数，则()*cos o in MAX I I ππθλ=，（()*1.92*cos o in MAX I I πθλ=）根据经验，输⼊电流峰值为输出电流有效值的4-6倍左右，当有直流电抗器时，导通⾓度会增加，峰值会稍微降低。

一、单项选择题(每题2分, 共30分)1、普通晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（C）来表示的。

A．有效值B．最大值C．平均值D．瞬时值2、单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差（A）度。

A．180°B．60°C．360°D．120°3、单相半波可控整流电路输出直流电压的最大平均值等于整流前交流电压的（C）倍。

A．1 B．0.5 C．0.45 D．0.94、三相半波可控整流电路的自然换相点是( B)。

A. 交流相电压的过零点；B. 本相相电压与相邻相电压正、负半周的交点处；C. 比三相不控整流电路的自然换相点超前30°；D. 比三相不控整流电路的自然换相点滞后60°。

5、电容滤波的三相不可控整流电路中，空载时，输出电压平均值等于 ( A) ，为输入电压有效值。

A、2.45B、C、0.9D、6、电容滤波的三相不可控整流电路中，随着负载加重，输出电压平均值越接近 ( C) ，为输入电压有效值。

A、2.45B、C、2.34D、7、可实现有源逆变的电路为( A) 。

A、三相半波可控整流电路B、三相半控桥整流桥电路C、单相全控桥接续流二极管电路D、单相半控桥整流电路。

8、在有源逆变电路中，逆变角β的移相范围应选( B) 为最好。

A、β=90o∽180oB、β=35o∽90oC、β=0o∽90oD、β=0o∽180o9、以下哪种换流方式适用于全控型器件（A）。

A、器件换流B、电网换流C、负载换流D、强迫换流10、以下哪一点不属于电流型逆变电路的特点（A）。

A、输出电压为矩形方波B、输出电流为矩形方波C、直流侧电流基本无脉动D、直流回路呈现高阻抗11、不属于电压型半桥逆变电路特点的是（A）。

A、输出电压幅值等于输入电压幅值B、直流侧需要两个电容器串联C、相对全桥逆变电路使用的开关器件少D、需要控制两个电容器电压的均衡12、CUK斩波电路，输入电压是12V，为了获得48V输出电压，且不考虑开关损耗时，导通占空比必须控制在（C）。