利用晶闸管控制功率因数的提高.doc 点击：1605 | 回复：8
发表于：2011-08-25 08:23:56
楼主
至六十年代初．大功率晶闸管投入实用以来，由它构成的晶闸管整流装置，做为大容量可变电压直流电源系统， 已被广泛应用于工业、国防和科学技术各领域中。晶闸管整流装置之所以得到广泛应用，是因为这种整流装置简单、便宜、可靠，而且无需换相电路。由于它显示出的极大优越性，使它成为弱电控制与强电输出之间的得力桥梁。但是这种装置不是完美无缺的。其缺点是当它输出的电压低于它的最大值．亦即在开通角较大时，功率因数低。而低功率因数运行，浪费电能，这在大功率应用中是首先要考虑的问题。因此如何改善功率因数 就成为国内外所共同关心的问题。
2 整流装置功率因数的定义
整流装置的简化电路如图1所示。则功率因数定义为电网侧提供的有功功率与电网侧视
2 整流装置功率因数的定义
整流装置的简化电路如图1所示。则功率因数定义为电网侧提供的有功功率与电网侧视
发表于：2011-08-25 08:26:12
1楼
由功率因数的定义和对具体的整流电路的研究得知，通常的晶闸管整流装置，随控制角“的增大(整流输出电压减小)则牛角增大，使得位移因数减小。而交流侧的电流波形为方波或梯形渡，所以电流畸变因数也不等于l。可见整流装置对电网的不良影响是由电流畸变因数和位移因数造成的。所以改善功率因数也应从改善这两方面的特性入手。即一方面要尽量减小电流与电压问的相角差；另一方面应使电网侧电流波形尽量接近正弦渡。从电路构成的形式上看，可把整流装置进行适当地组合，使它们成为一个系统，通过这些装置运动状态的相互配合。使其对电网侧所呈现的功率因数得以提高；另一方面对整流装置的主回路进行改革，使之在同样的电压调整范围内，获得功率较高的因数。
发表于：2011-08-25 08:27:21
2楼
件，KP，、KP。不导通，装置工作情况与一般三相桥式电路相同 当 在( ／6，5 6)间，在a时刻
触发KP-、KP。，则KP。、KPs导通，输出电压为U ，导电途径为 一 一负载一 P•一6—0。在
辅助触发角d时，触发KPs，则KP。通， 受反压关断，输出电压为 。导电途径为 一 P 一负
载一 一0。接着相应 时刻，KP：被触发导通，KPs被关断，输出电压 。在相应的d时刻，触
炭导通KP ，输出电压 ，KP-被关断。其它管子的通断情况依此类推。其整流输出电压，靠辅
助晶闸管KPt、KPs交替导通，使主可控硅KP- •提前关断，以减小每相导电时间，导致电流波
形前移，使位移因数提高，从而使功率因数得到改善。
如能台理地选择a和d，如 ／6< < 5~,／6时取d= 0，则可实现功率因数最佳化控制
总之，改进的整流装置与通常的三相桥电路相比，具有较高的功率因数和较小的直流电压
畸变。但触发控制的程度要复杂些
4．3 利用整流和逆变互补改善功率因数
利用整流和逆变互补改善功率因数的原理电路如图5。
触发KP-、KP。，则KP。、KPs导通，输出电压为U ，导电途径为 一 一负载一 P•一6—0。在
辅助触发角d时，触发KPs，则KP。通， 受反压关断，输出电压为 。导电途径为 一 P 一负
载一 一0。接着相应 时刻，KP：被触发导通，KPs被关断，输出电压 。在相应的d时刻，触
炭导通KP ，输出电压 ，KP-被关断。其它管子的通断情况依此类推。其整流输出电压，靠辅
助晶闸管KPt、KPs交替导通，使主可控硅KP- •提前关断，以减小每相导电时间，导致电流波
形前移，使位移因数提高，从而使功率因数得到改善。
如能台理地选择a和d，如 ／6< < 5~,／6时取d= 0，则可实现功率因数最佳化控制
总之，改进的整流装置与通常的三相桥电路相比，具有较高的功率因数和较小的直流电压
畸变。但触发控制的程度要复杂些
4．3 利用整流和逆变互补改善功率因数
利用整流和逆变互补改善功率因数的原理电路如图5。
发表于：2011-08-25 08:28:04
3楼
该电路由两部分组成，其上半部分为主整流桥，下半部分为补偿电路。我们知道主整流桥工作时，在从交流侧吸收有功功率的同时，还要捎耗无功功率，而补偿电路中的全控桥工作在逆变状态，工作
时除了向交流侧提供有功功率外，还提供无功功率，这向交流侧提供的无功功率恰好可用来补偿主整流桥工作时所需的无功功率，从而减少了交流侧所需提供的无功功率的数值，使交流侧的功率因数得以提高。这里补偿电路的半控桥作为逆变桥的直流电源，并通过电流互感器的电流作为半控桥的电流源，使补偿电流能跟随负载电流，进行行之有效的补偿。
‘如果主整流桥交流侧无功功率为口，逆变桥交流侧无功功率为 ，且逆变角 一90。，若令 ’
0一l。．1，经过推算，只要补偿绕组的匝数仉= i ，半控桥的控制角m满足cosm—sina即
％+a一9O。，则在任何负载下均可获得较理想的补偿。式子中的 r为电流互感器的匝数比， ，
Kc = ^rJ／N．。
这种整流，逆变互补的功率因数补偿装置结构简单，调整维护方便，效益高，投资少，是目前较为理想的改善功率因数的方法。
4．4 采用脉宽控制以改善功率因数
脉宽控制的原理如图6所示。这种电路与一般整流电路不同，其输出整流电压的渡型是脉冲形的 调整整流电压输出的数值，不是改变控制角。的大小，而是靠改变脉宽Wl，w：来连续改变整流输出电压输出的平均值，就掏成了脉宽控制的整流装置。由于采用了脉宽控制，就消除了交流侧相电压与基波相电流之问的相角差为零，使基波位移因数为1，势必使装置保持高的功率因数若能适当选择脉冲宽度调制的型式和每半周脉冲的个数，那么低次谐波电流即可减小或消除，高次谐波可能增加。但这无关紧要，因为用滤波器很容易将其消除。
一脉宽控制的实用电路如图7。该电路由晶闸管KP构成一般桥式整流电路，由电容c和电感L构成换流电路，二极管D是防止电容器失去充电电压，L。是加到线路中的电感或变压器的漏感，它保证电容c两端的换流电压 如采用 图9 三相电路控制方法图8和图9的控制方法，就可获得脉冲型整流电压的输。且可通过改变脉宽B改变平均输出电压。在整个过程中共阳极组晶闸管通过交流电源换流，而共阴极组晶闸管通过换流电路交替换流，从而完成了整个脉宽控制的全过程
时除了向交流侧提供有功功率外，还提供无功功率，这向交流侧提供的无功功率恰好可用来补偿主整流桥工作时所需的无功功率，从而减少了交流侧所需提供的无功功率的数值，使交流侧的功率因数得以提高。这里补偿电路的半控桥作为逆变桥的直流电源，并通过电流互感器的电流作为半控桥的电流源，使补偿电流能跟随负载电流，进行行之有效的补偿。
‘如果主整流桥交流侧无功功率为口，逆变桥交流侧无功功率为 ，且逆变角 一90。，若令 ’
0一l。．1，经过推算，只要补偿绕组的匝数仉= i ，半控桥的控制角m满足cosm—sina即
％+a一9O。，则在任何负载下均可获得较理想的补偿。式子中的 r为电流互感器的匝数比， ，
Kc = ^rJ／N．。
这种整流，逆变互补的功率因数补偿装置结构简单，调整维护方便，效益高，投资少，是目前较为理想的改善功率因数的方法。
4．4 采用脉宽控制以改善功率因数
脉宽控制的原理如图6所示。这种电路与一般整流电路不同，其输出整流电压的渡型是脉冲形的 调整整流电压输出的数值，不是改变控制角。的大小，而是靠改变脉宽Wl，w：来连续改变整流输出电压输出的平均值，就掏成了脉宽控制的整流装置。由于采用了脉宽控制，就消除了交流侧相电压与基波相电流之问的相角差为零，使基波位移因数为1，势必使装置保持高的功率因数若能适当选择脉冲宽度调制的型式和每半周脉冲的个数，那么低次谐波电流即可减小或消除，高次谐波可能增加。但这无关紧要，因为用滤波器很容易将其消除。
一脉宽控制的实用电路如图7。该电路由晶闸管KP构成一般桥式整流电路，由电容c和电感L构成换流电路，二极管D是防止电容器失去充电电压，L。是加到线路中的电感或变压器的漏感，它保证电容c两端的换流电压 如采用 图9 三相电路控制方法图8和图9的控制方法，就可获得脉冲型整流电压的输。且可通过改变脉宽B改变平均输出电压。在整个过程中共阳极组晶闸管通过交流电源换流，而共阴极组晶闸管通过换流电路交替换流，从而完成了整个脉宽控制的全过程
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