整流器即AC-DC变换器，是“电力电子技术基础”的重要教学内容^[1-8]，包括二极管不控整流器、晶闸管相控整流器和全控开关PWM整流器三个主要方向。二极管不控整流器包括50Hz或60Hz的工频整流器和几十kHz以上的高频整流器，本文面向工频电源供电的单相与三相全桥二极管整流器。应用中对整流器的基本要求包括：（1）提供优质的输出直流电压，改善直流供电质量；（2）追求高输入电流正弦度和高输入功率因数，降低网侧谐波电流污染。功率因数是一个重要概念，内涵丰富，涉及所有与交流电源相连的电力电子变换器。对于非线性电力电子变换器，功率形式不仅包括线性负载具有功功率P、无功功率Q和视在功率S，还增加了一项畸变功率D。二极管不控整流器的输出电压不可控，输入电流也不可控，输入侧具有显著的非线性特性，难以建立准确的数学模型和给出精确的计算公式。二极管不控整流器结构简单，但是概念非常强，变换原理看似清晰，实则复杂，对仅仅善于计算的本科生来说，易于陷入似懂非懂的状态，不利于全面提升教学水平。因此，这部分教学更适合采用理论分析和仿真验证相结合的教学方法^[9-16]。二极管不控整流器是功率器件授课后的第一种电力电子变换器，通过辅以仿真分析和仿真验证，可以加深学生对后续电力电子变换器的学习兴趣，增强对基本物理现象的判断能力，并学会自觉运用仿真分析手段验证和发现一些设想和现象，不断提高认知能力。

2  单相与三相全桥二极管整流器工作原理

2.1  功率因数的定义

对于二极管不控整流器部分，首先需要掌握输出电压质量的几种评价指标和功率因数概念。与效率不同，功率因数是表征交流用电设备消耗的有功功率相对视在功率的占比。假设供电电压为标准正弦波形，则交流用电设备的输入功率因数定义为^[1,2,5,6]

2.7  二极管整流器的输入电压幅频影响

2.7.1  单相二极管整流器的输入电压幅频影响

对于单相二极管整流器，在不采用平波电感时，不导通角d和导通角q与输入电压幅值无关，而且功率因数也与输入电压幅值无关。

对于单相二极管整流器，在整流电流断续情况下，平波电感时置于交流侧或直流侧，功率因数相同且不随网压幅值变化的影响，而且高于不使用平波电感情况。

对于单相二极管整流器，在不采用平波电感时，不导通角d、导通角q、功率因数与输入电压频率密切相关，所以当R₁、C₁取值一定时，输入电压幅值的改变能够影响有功功率与视在功率的比值，因此输入功率因数依赖于输入电压频率。随着频率增加，例如由50Hz增加至60Hz，增加，二极管导通角增加，这样有利于功率因数增加。另一方面，输出电压平均值随着电源频率的增加有所上升，输出电压纹波随着电源频率增加有所下降，总体上功率因数有所下降。

对于单相二极管整流器，在采用桥后滤波电感L1情况下，由于高频情况下线路上感抗增加明显，滞流特性加强，输出电压平均值随着电源频率的增加有所下降，输出电压纹波随着电源频率的增加有所下降，总体上功率因数有所上升。

对于单相二极管整流器，在采用桥前滤波电感L1情况下，由于高频情况下线路上感抗增加明显，滞流特性加强，输出电压平均值随着电源频率的增加有所下降，输出电压纹波随着电源频率的增加有所下降，总体上功率因数有所上升。

2.7.2  三相二极管整流器的输入电压幅频影响

对于三相二极管整流器，在不采用平波电感时，不导通角d和导通角q与输入电压幅值无关，而且功率因数也与输入电压幅值无关。

对于三相二极管整流器，在整流电流断续情况下，平波电感时置于交流侧或直流侧，功率因数相同且不随网压幅值变化的影响，而且高于不使用平波电感情况。

对于三相二极管整流器，在不采用平波电感时，不导通角d、导通角q、功率因数与输入电压频率密切相关，所以当R₁、C₁取值一定时，输入电压幅值的改变能够影响有功功率与视在功率的比值，因此输入功率因数依赖于输入电压频率。随着频率增加，例如由50Hz增加至60Hz，增加，二极管导通角增加，这样有利于功率因数增加。另一方面，输出电压平均值随着电源频率的增加有所上升，输出电压纹波随着电源频率增加有所下降，总体上功率因数有所下降。

对于三相二极管整流器，在采用桥后滤波电感L1情况下，由于高频情况下线路上感抗增加明显，滞流特性加强，输出电压平均值随着电源频率的增加有所下降，输出电压纹波随着电源频率的增加有所下降，总体上功率因数有所上升。

对于三相二极管整流器，在采用桥前滤波电感L1情况下，由于高频情况下线路上感抗增加明显，滞流特性加强，输出电压平均值随着电源频率的增加有所下降，输出电压纹波随着电源频率的增加有所下降，总体上功率因数有所上升。

（待后续）