第三章三相可控整流电路

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1、第三章 三相可控整流电路2.2 三相可控整流电路2.2.1 2.2.1 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路v交流测由三相电源供电。v负载容量较大，或要求直流电压脉动 较小、容易滤波。v基本的是三相半波可控整流电路，三 相桥式全控整流电路应用最广 。三相可控整流电路引言看一下利用二极管作整流 元件的不可控整流电路 。变 压器原边接成三角形，副边 接成星形，副边有一个公共 零点“0”，它与负载一端相 联 ，所以三相 半波电路又称三相零式电路 。 虚线画出相电压ua、ub、uc对 零点的电压波形，它们相位 各差 120。并画出了副

2、边 线电压 uab、uac波形。2.2.1 三相半波可控整流电 路 首先补充介绍三相半波不可控整流电路二极管在阳极电压高于阴极电压时导通，相反情况下阻断。因此只有在相电压的瞬时值为正时，整流二极管才可能导通。由于二极管的阴极连在一起作为输出，因此，在三个二极管中，只有正电压最高的一相所接的二极管才能导通，其余两只必然受到反压而被阻断。关于“三相半波不可控整流电路”的分析(依前图)例如，在t=30-150区间，a相的正电压ua最高，与a相相连的VD1导通，VD1导通后， 忽略VD1管压降，则d点电位即为ua，这时ua电 位最高 ，接在b相的VD2和接在c相的VD3二极 管的阳极电位都低于阴极，因

3、而承受反向电 压被阻断。在t=150-270区间，b相电位 ub最高， 则VD2导通，由于VD2导通，d点电位即为ub，VD1、 VD3承受反压而阻断，VD1承受电压为电线电压uab ，VD3承受电压为线电压ucb。同理，在270-390区间，c相电位最高， VD3导通，VD1、VD2、承受反压阻断，VD1端电压为 uac，VD2端电压为ubc。整流电压ud 在一周期内有三次脉动，因此，整流电压的脉动频率是电源频率的三倍。两个相电压波形的交点，整流管的电流进行交 换，这叫做“换流”（或换相） 。这交点也就是三相 半波可控整流电路的“自然换流点”。我 们 可 知查看图请点击次处2.2.1 三相半

4、波可控整流电路1)电阻负载电路的特点：变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起共阴极接法 。自然换相点：二极管换相时刻为自然换相点， 是各相晶闸管能触发导通的最早 时刻，将其作为计算各晶闸管触 发角a的起点，即a =0。三相半波可控整流电路共阴极接法电阻 负载时的电路及a =0时的波形 a =0时的工作原理分析变压器二次侧a相绕组和晶闸管 VT1的电流波形，变压器二次绕 组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由3段组成 。=30的波形（图2-13 ）特点：负载电流处于连续和断 续之间的临界状态。30的情况（图2-

5、14 ）特点：负载电流断续，晶闸管 导通角小于120 。 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻 负载时的电路及a =0时的波形 图2-13 三相半波可控整流电路，电阻负载， =30时的波形图2-14 三相半波可控整流电路，电阻负载， =60时的波形a=90，a=120时的整流输出电压波形uda 在特殊点的波形a30时，负载电流连续，有：（2-18）当a=0时，Ud最大，为 。a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有 ：(2-19)整流电压平均值的计算Ud/U2随a变化的规律如图2-15中的曲线1所示。图2-15 三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系 1电阻负载 2电感负载 3电阻

6、电感负载负载电流平均值为（2-20）晶闸管电流平均值为：晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即（2-21）晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次 相电压的峰值，即（2-22）触发角移相范围：3、当a=150时，整流输出电压为零。可见改变延迟角a，就能控制整流输出电压。4、 a = 0- 30范围内 ，整流电压是连续的 。分析所得的结论1、当a=0时，自然换相点输出电压最高， 为三相相电压正半周的包络线。2、当a角增大时，整流电压随之减小。5、a=30- 150范围内，整流电压断续，在进行整流电压计算时，需分别进行。2）阻感负载特点：阻感负载，L值很大 ，id波形基本平直。

7、 a30时：整流电压波形与 电阻负载时相同。 a30时（如a=60时的波 形如图2-16所示）。 u2过零时，VT1不关断，直到 VT2的脉冲到来，才换流， ud波形中出现负的部分。 id波形有一定的脉动，但为简 化分析及定量计算，可将id近 似为一条水平线。 阻感负载时的移相范围为 90。图2-16 三相半波可控整流电路，阻 感负载时的电路及 =60时的波形当a90以后，电路尽管有很大的电感量，但也不能维持输出电压（或电流）连续，而且 输出电压平均值总是零, 下面画出了a=120时 的输出整流电压波形。因此三相半波可控整流电路电感负载时的移相范围为90。a 90后会出现什么情况呢？数量关系负

8、载电流连续：Ud/U2与a成余弦关系，如图 2-15中的曲线2所示。如果 负载中的电感量不是很大， Ud/U2与a的关系将介于曲线 1和2之间，曲线3给出了这 种情况的一个例子。变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为（2-23）晶闸管的电流为负载电流平均值为：（2-24）晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线 电压峰值（2-25）移相范围三相半波电路比单相是路整流波形平直，而且三相负荷平衡，在一定范围得到广泛应用。但是从上节分析中了解到，其变压器副方有直流是流分量流过，每相只有1/3周期导电，变压器利用率低 。在较大功率时应用三相桥式（Three-phase bridge）整流电路，即三相全

9、波整流电路。2.2.2 三相桥式全控整流电路 三相桥是应用最为广泛的整流电路 共阴级组 共阳极组 导通顺序图2-17 三相桥式全控整流电路原理图共阴极接法与共阳极接法为了了解三相桥式电路的形成。我们先分析一下三相半波电路的两种接法：(1) 、共阴极接法(2) 、共阳极接法 三只晶闸管的阴极接在一起与负载相连，输出电压ud相对于变压器公共点“0”是正输出电压，这种接法称为共 阴极接法，又称为共阴极正组整流电路。如果将三只晶闸管阳极接在一起，与负载相连，这种接法称共阳极接法，又称为共阳极负组整流电路。什么是共阴极、共阳极接法？如图，设b相晶闸管VT6导通，在t1时刻对晶闸管VT2门极施加脉冲，由于

10、c相最负则b相换流到 c相，同 c 相VT2的导通使VT6（在b相）承受反压而关断，依次在t2外c相换流到a相。共阳极接法电路工作在交流相电压的负半波 ，因此共阳极接法输出相对于变压器公 共点“0”是负电压，其负载是流id2在公共 零线上的流向与共阴极组的负载电流id1相反 。共阳极接法的输出电压和电流的计算公式 与共阴极接法相同。因此 我们得出！1）三相桥式全控整流电路 的形式三相桥式全控整流电路在上图共阳极接法中，如果把共阴极正组整流电路与共阳极负组整流电路串联起来 ，即“0”点连起来，变压器共用一个副方绕组（对应a点、b点和c点分别a-a、b-b、c-c连接起来）；如果负载电阻R1=R2

11、，则负载电流Id1= Id2，且流向相反，因此零线上的平均电流为零。这样零线就变得多余而可以取消。取消零线后的两个三相半波电路的串联就形成三相全控桥式电路，如图。取消零线后的波形2）三相桥式全控整流电路工作原理虽然两个三相半波可控整流电路串联形成了三相桥式全控整流电路，但由于零线的取消，电流回路发生了变化，电路工作情况与三相半波情况不完全相同。为了分析方便，设a=0即讨论在自然换流点换流时各晶闸管的工作过程；电路中晶闸管接其导通顺序编号；共阴极 正组晶闸管对应相序a、b、c编号为1、3、5；共阳极负组晶 闸管对应相序a、b、c编号为4、6、2；对相电压波形按其自 然换流点在一周期内分为6等分，

12、在图中以-段表示。电路中晶闸管接其导通顺序编号在段时间内：图示为t=30-90区间，占60相角。由于是共阴 极组与共阳极组相串联，因此，总是共阴极正组的一只 晶闸管与共阳极负组的一只晶闸管同时导通才能形成电 流回路，为了保证在合闸后或在电流断续时能形成电流 回路，必须对共阴极组和共阳极组该导通的晶闸管同时 施加门极触发脉冲。图画出门极脉冲波形。门极脉冲可用宽度大 于60的宽脉冲，它使相邻二晶闸管同时存在触发脉冲，可以保证电流回路的形成，或者用 双窄脉冲触发，即对每一晶闸管一周期内触发 两次，其间隔相差60，这也可使同一时刻有 两个晶闸管受到触发，以保证电流回路的形式.设在段时间开始t=30时，

13、将门极触发脉冲送到 晶闸管6和1，由于共阴极正组这时a相电位最高，共 阳极负组这时b相电位最低，因此，共阴极正组a相晶 闸管1导通，共阳极负组b相晶闸管6导通，于是a相电 流ia经晶闸管1负载R晶闸管6相形成回路，输出 电压ud= uab（uab为变压器副方线电压），电流ia= uab/R，晶闸管1端电压uvt1=0，一直到段时间结束为 止。 详细分析段时间的结束即为段时间的开始，其t=90。在这时，共阴极组a相电压仍是正，晶闸管 1仍保持导通，但共阳极组是电位最负的已不是b相， 而转为c相，这时对c相晶闸管2触发，则c相晶闸管2导通，电流从b相换到c相，由于c相晶闸管2的导通将b相 晶闸管6

14、关断。这时电流通路为a相晶闸管1R晶 闸管2c相，输出电压ud= uac a相电流ia= uac/R，晶 闸管1端电压仍是零。 在段时间内：共阴组b相电位最高，在自然换流点，即t=150，对b相晶闸管3触发后，b相晶闸管3导通 ，由于晶闸管3的导通使晶闸管1关断，晶闸管1承受 反压uab，a相电流ia中断，电流从 a相换到b相。这时共阳极负组电位仍是c 相最低，c相晶闸管2继续导通 ，因此输出电压ud= ubc。电流回路为b相晶闸管 3R晶闸管2c相。在段时间内：依此类推，在每一60区间， 一组继续导通，另一组开始换流。在段时间内，b相晶闸管3继续导通，c相晶 闸管2换流给a相晶闸管4，输出u

15、d = uba，晶闸管1 承受反压uab，变压器a相绕组电流ia与段时间的 方向相反。 段时间，a相晶闸管4继续导通，b相晶闸 管3换流给c相晶闸管5，输出ud = uca，a相绕组 电流ia 与段方向相同，晶闸管1端电压为uac。在 段时间内: 段时间，c相晶闸管5继续导通，a相晶闸管4换流给b相晶闸管6；输出ud = ucb，a相绕组电流ia 中断，晶闸管1端电压为uac。再下去就是重复上述过程。根据上述六段时间的讨论，输出电压ud 、晶闸管1端电压为uAK1波形示于图1.28（d）中，波 形流过晶闸管1的电流ivr1及变压器a相绕电流ia分别示于图1.28(e)、（f）.波形从波形图可以

16、得出下列结论：（1）门极触发脉冲需大于60的宽脉冲或间隔60的双窄脉冲。共阴极正组每只晶闸管门极脉冲相位差为120,共阳极组每只晶闸管门极脉冲相位差亦为120；接在同一相绕组上的两只晶闸管门极脉冲相位差为180（ 如a相上的晶闸管1和4）（3）变压器副方相电流不存在直流分量，克服了三相半波电路的缺点。（2）电流连续时每一只晶闸管在一周期内导通120，阻断240。（4）每一只晶闸管承受的最大电压为变压器副方线电压峰值，如果电路直接由电网供电，就是供电电源线 电压峰值。（5）三相桥式全控整流电路负载电压（电流）的获得必须有两只晶闸管同时导通，其中一只晶闸管在共阴极正 组，另一只晶闸管在共阳极负组，而且这两只导通的晶闸 管不在