三相橋式全控整流電路原理及電路圖，三相橋式全控整流電路原理及電路圖

　　三相整流電路的作用：

　　在電路中，當(dāng)功率進(jìn)一步增加或由于其他原因要求多相整流時(shí)，三相整流電路就被提了出來。圖所示就是三相半波整流電路原理圖。在這個(gè)電路中，三相中的每一相都單獨(dú)形成了半波整流電路，其整流出的三個(gè)電壓半波在時(shí)間上依次相差120度疊加，整流輸出波形不過0點(diǎn)，并且在一個(gè)周期中有三個(gè)寬度為120度的整流半波。因此它的濾波電容器的容量可以比單相半波整流和單相全波整流時(shí)的電容量都小。

　　三相整流電路的工作原理：

　　先看時(shí)間段1：此時(shí)間段A相電位最高，B相電位最低，因此跨接在A相B相間的二極管D1、D4導(dǎo)電。電流從A相流出，經(jīng)D1，負(fù)載電阻，D4，回到B相，見圖14-1-3中紅色箭頭指示的路徑。此段時(shí)間內(nèi)其他四個(gè)二極管均承受反向電壓而截止，因D4導(dǎo)通，B相電壓最低，且加到D2、D6的陽極，故D2、D6截止；，因D1導(dǎo)通，A相電壓最高，且加到D3、D5的陰極，故D3、D5截止。其余各段情況如下：

　　時(shí)間段2：此時(shí)間段A相電位最高，C相電位最低，因此跨接在A相C相間的二極管D1、D6導(dǎo)電。

　　時(shí)間段3：此時(shí)間段B相電位最高，C相電位最低，因此跨接在A相C相間的二極管D3、D6導(dǎo)電。

　　時(shí)間段4：此時(shí)間段B相電位最高，A相電位最低，因此跨接在B相A相間的二極管D3、D2導(dǎo)電。

　　時(shí)間段5：此時(shí)間段C相電位最高，A相電位最低，因此跨接在C相A相間的二極管D5、D2導(dǎo)電。

　　三相橋式電阻負(fù)載整流電路的輸出電壓波形見圖

　　時(shí)間段6：此時(shí)間段C相電位最高，B相電位最低，因此跨接在C相B相間的二極管D5、D5導(dǎo)電。

　　時(shí)間段7：此時(shí)間段又變成A相電位最高，B相電位最低，因此跨接在A相B相間的二極管D1、D4導(dǎo)電。電路狀態(tài)不斷重復(fù)

　　三相半波可控整流電路工作原理：

　　1．電阻性負(fù)載

　　三相半波可控整流電路接電阻性負(fù)載的接線圖如圖3所示。整流變壓器原邊繞組一般接成三角形，使三次諧波電流能夠流通，以保證變壓器電勢不發(fā)生畸變，從而減小諧波。副邊繞組為帶中線的星形接法，三個(gè)晶閘管陽極分別接至星形的三相，陰極接在一起接至星形的中點(diǎn)。這種晶閘管陰極接在一起的接法稱共陰極接法。共陰極接法便于安排有公共線的觸發(fā)電路，應(yīng)用較廣。

　　三相可控整流電路的運(yùn)行特性、各處波形、基本數(shù)量關(guān)系不僅與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，而且與控制角α有很大關(guān)系，應(yīng)按不同α進(jìn)行分析。

　?。?） α＝0º

　　在三相可控整流電路中，控制角α的計(jì)算起點(diǎn)不再選擇在相電壓由負(fù)變正的過零點(diǎn)，而選擇在各相電壓的交點(diǎn)處，即自然換流點(diǎn)，如圖1b）中的1、2、3、1、…等處。這樣，α＝0意味著在ωt1時(shí)給a相晶閘管VT１門極上施加觸發(fā)脈沖ug1；在ωt2時(shí)給b相晶閘管VT2門極上施加觸發(fā)脈沖ug2；在ωt3時(shí)給c相晶閘管VT3門極上施加觸發(fā)脈沖ug3，等等，如圖1c）所示。

　　共陰極接法三相半波整流電路中，晶閘管的導(dǎo)通原則是哪相電壓最高與該相相連的元件將導(dǎo)通。如果假定電路工作已進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，在ωt1時(shí)刻之前c相VT3正在導(dǎo)通，那么在ωt1～ωt2期間內(nèi)，a相電壓ua最高，VT1具備導(dǎo)通條件。ωt1時(shí)刻觸發(fā)脈沖ug1加在VT1門極上，VT1導(dǎo)通，負(fù)載Rd上得到a相電壓，即ud=ua，如圖1d）所示。在ωt2～ωt3期間內(nèi)，ub電壓最高，ωt2時(shí)刻觸發(fā)脈沖ug2加在VT2門極上，VT2導(dǎo)通，Rd上得到b相電壓，ud=ub。與此同時(shí)，b點(diǎn)電位通過導(dǎo)通的VT2加在VT1的陽極上。由于此時(shí)ub＞ua，使VT1承受反向陽極電壓而關(guān)斷。VT2導(dǎo)通、VT1關(guān)斷，這樣就完成了一次換流。同樣，在ωt3時(shí)刻又將發(fā)生VT2向VT3的換流過程?？梢钥闯?，對(duì)于共陰極接法的三相可控整流電路，換流總是由低電位相換至高電位相。為了保證正常的換流，必須使觸發(fā)脈沖的相序與電源相序一致。由于三相電源系統(tǒng)平衡，則三只晶閘管將按同樣的規(guī)律連續(xù)不斷地循環(huán)工作，每管導(dǎo)通1/3周期。

　　共陰極接法三相半波整流電路輸出直流電壓波形為三相交流相電壓的正半周包絡(luò)線，是一脈動(dòng)直流，在一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)三次（三個(gè)波頭），最低脈動(dòng)頻率為工頻的三倍。對(duì)于電阻負(fù)載，負(fù)載電流id波形與負(fù)載電壓ud波形相同。變壓器副邊繞組電流i2即晶閘管中電流iT。因此，a相繞組中電流波形也即VT1中電流波形iT1為直流脈動(dòng)電流，如圖1d）所示。所以，三相半波整流電路有變壓器鐵心直流磁化問題。晶閘管承受的電壓分為三部分，每部分占1/3周期。以VT1管上的電壓uT1為例 （圖1f） ）：VT1導(dǎo)通時(shí)，為管壓降，uT1＝UT ≈ 0；VT2導(dǎo)通時(shí)，uT1＝uab；VT3導(dǎo)通時(shí)，uT1＝uac。在電流連續(xù)條件下，無論控制角α如何變化，晶閘管上電壓波形總是由這三部分組成，只是在不同α下，每部分波形的具體形狀不同。在α＝0°的場合下，晶閘管上承受的全為反向陽極電壓，最大值為線電壓幅值。

　　（2） α≤30°

　　圖2表示了α＝30°時(shí)的波形圖。假設(shè)分析前電路已進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，由晶閘管VT3導(dǎo)通。當(dāng)經(jīng)過a相自然換流點(diǎn)處，雖ua＞uc，但晶閘管VT1門極觸發(fā)脈沖ug1尚未施加，VT1管不能導(dǎo)通，VT3管繼續(xù)工作，負(fù)載電壓ud＝uc。在ωt1時(shí)刻，正好α＝30°，VT1觸發(fā)脈沖到來，管子被觸發(fā)導(dǎo)通，VT3承受反向陽極電壓uca而關(guān)斷，完成晶閘管VT3至VT1的換流或c相至a相的換相，負(fù)載電壓ud＝ua。由于三相對(duì)稱，VT1將一直導(dǎo)通到120°后的時(shí)刻ωt2，發(fā)生VT1至VT2的換流或a相至b相的換相。以后的過程就是三相晶閘管的輪流導(dǎo)通，輸出直流電壓ud為三相電壓在120°范圍內(nèi)的一段包絡(luò)線。負(fù)載電流id的波形與ud相似，如圖2c）所示。可以看出，α＝30°時(shí)，負(fù)載電流開始出現(xiàn)過零點(diǎn)，電流處于臨界連續(xù)狀態(tài)。

　　晶閘管電流仍為直流脈動(dòng)電流，每管導(dǎo)通時(shí)間為1/3周期（120°）。晶閘管電壓仍由三部分組成，每部分占1/3周期，但由于α＝30°，除承受的反向陽極電壓波形與α＝0°時(shí)有所變化外，晶閘管上開始承受正向阻斷電壓，如圖2e）所示。

　?。?） α＞30°

　　當(dāng)控制角α＞30°后，直流電流變得不連續(xù)。圖3給出了α＝60°時(shí)的各處電壓、電流波形。當(dāng)一相電壓過零變負(fù)時(shí)，該相晶閘管自然關(guān)斷。此時(shí)雖下一相電壓最高，但該相晶閘管門極觸發(fā)脈沖尚未到來而不能導(dǎo)通，造成各相晶閘管均不導(dǎo)通的局面，從而輸出直流電壓、電流均為零，電流斷續(xù)。一直要到α＝60°，下一相管子才能導(dǎo)通，此時(shí)，管子的導(dǎo)通角小于120°

　　隨著α角的增加，導(dǎo)通角也隨之減小，直流平均電壓Ud也減小。當(dāng)α＝150°時(shí)，θ＝0°，Ud＝0。其移相范圍為150°。由于電流不連續(xù)，使晶閘管上承受的電壓與連續(xù)時(shí)有較大的不同。其波形如圖3e）所示。

　　直流平均電壓Uｄ計(jì)算中應(yīng)按α≤30°及α＞30°兩種情況分別處理。

　　α≤30°時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，Ud的計(jì)算如下

　　當(dāng)α＝0時(shí)，Ud＝Ud0＝1.17U2，最大。

　　α＞30°時(shí)，直流電流不連續(xù)，此時(shí)有

　　晶閘管承受的最大反向電壓URM為線電壓峰值：

晶閘管承受最大正向電壓UTM為晶閘管不導(dǎo)通時(shí)的陰、陽極間電壓差，即相電壓峰值：

　　2．電感性負(fù)載

　　電感負(fù)載時(shí)的三相半波可控整流電路如圖4a）所示。假設(shè)負(fù)載電感足夠大，直流電流id連續(xù)、平直，幅值為Id。當(dāng)α≤30°時(shí)，直流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。當(dāng)α＞30°后（例如α＝60°，如圖4b）），由于負(fù)載電感Ld中感應(yīng)電勢eL的作用，使得交流電壓過零時(shí)晶閘管不會(huì)關(guān)斷。以a相為例，VT1在α＝60°的ωt1時(shí)刻導(dǎo)通，直流電壓ud＝ua。當(dāng)ua＝0的ω2時(shí)刻，由于ua的減小將引起流過Ld中的電流id出現(xiàn)減小趨勢，自感電勢eL的極性將阻止id的減小，使VT1仍然承受正向陽極電壓導(dǎo)通。即使當(dāng)u2為負(fù)時(shí)，自感電勢與負(fù)值相電壓之和（ua＋eL）仍可為正，使VT1繼續(xù)承受正向陽極電壓維持導(dǎo)通，直到ωt3時(shí)刻VT2觸發(fā)導(dǎo)通，發(fā)生VT1至VT2的換流為止。這樣，當(dāng)α＞30°后，ud波形中出現(xiàn)了負(fù)電壓區(qū)域，同時(shí)各相晶閘管導(dǎo)通120°，從而保證了負(fù)載電流連續(xù)，所以大電感負(fù)載下，雖ud波形脈動(dòng)很大，甚至出現(xiàn)負(fù)值，但id波形平直，脈動(dòng)很小。

　　由于電流連續(xù)、平穩(wěn)，晶閘管電流為120°寬，高度為Id的矩形波，圖4b）中給出了晶閘管VT1中的電流iT1波形。其中ωt2至ωt3范圍內(nèi)的一段區(qū)域是依靠Ld的自感電勢eL維持的。晶閘管上電壓波形仍然由三段組成，每段占1/3周期，如圖4b）中VT1管上電壓uT1所示。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)不承受電壓，uT1＝0；當(dāng)VT1關(guān)斷時(shí)，由于任何瞬間都有一其他相晶閘管導(dǎo)通而引來他相電壓，使VT1承受相應(yīng)的線電壓。

　　直流平均電壓Ud為

　　當(dāng)α＝0°時(shí)，Ud＝Ud0＝1.17U2，為最大；當(dāng)α＝90°時(shí)，Ud＝0，反映在ud波形上是正、負(fù)電壓區(qū)域的面積相等，平均值為零。可見大電感負(fù)載下，三相半波電路的移相范圍為90°。

　　由于晶閘管電流為120°寬、高為Id的矩形波，則其平均值為

　　晶閘管電流有效值為

　　變壓器次級(jí)電流即晶閘管電流，故變壓器

　　三相橋式全控整流電路工作原理：

　　在三相橋式全控整流電路中，對(duì)共陰極組和共陽極組是同時(shí)進(jìn)行控制的，控制角都是α。由于三相橋式整流電路是兩組三相半波電路的串聯(lián)，因此整流電壓為三相半波時(shí)的兩倍。很顯然在輸出電壓相同的情況下，三相橋式晶閘管要求的最大反向電壓，可比三相半波線路中的晶閘管低一半。

　　為了分析方便，使三相全控橋的六個(gè)晶閘管觸發(fā)的順序是1-2-3-4-5-6，晶閘管是這樣編號(hào)的：晶閘管KP1和KP4接a相，晶閘管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。

　　晶閘管KP1、KP3、KP5組成共陰極組，而晶閘管KP2、KP4、KP6組成共陽極組。

　　為了搞清楚α變化時(shí)各晶閘管的導(dǎo)通規(guī)律，分析輸出波形的變化規(guī)則，下面研究幾個(gè)特殊控制角，先分析α=0的情況，也就是在自然換相點(diǎn)觸發(fā)換相時(shí)的情況。圖1是電路接線圖。

　　為了分析方便起見，把一個(gè)周期等分6段（見圖2）。

　　在第（1）段期間，a相電壓最高，而共陰極組的晶閘管KP1被觸發(fā)導(dǎo)通，b相電位最低，所以供陽極組的晶閘管KP6被觸發(fā)導(dǎo)通。這時(shí)電流由a相經(jīng)KP1流向負(fù)載，再經(jīng)KP6流入b相。變壓器a、b兩相工作，共陰極組的a相電流為正，共陽極組的b相電流為負(fù)。加在負(fù)載上的整流電壓為ud=ua-ub=uab

　　經(jīng)過60°后進(jìn)入第（2）段時(shí)期。這時(shí)a相電位仍然最高，晶閘管KPl繼續(xù)導(dǎo)通，但是c相電位卻變成最低，當(dāng)經(jīng)過自然換相點(diǎn)時(shí)觸發(fā)c相晶閘管KP2，電流即從b相換到c相，KP6承受反向電壓而關(guān)斷。這時(shí)電流由a相流出經(jīng)KPl、負(fù)載、KP2流回電源c相。變壓器a、c兩相工作。這時(shí)a相電流為正，c相電流為負(fù)。在負(fù)載上的電壓為ud=ua-uc=uac

　　再經(jīng)過60°，進(jìn)入第（3）段時(shí)期。這時(shí)b相電位最高，共陰極組在經(jīng)過自然換相點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管KP3，電流即從a相換到b相，c相晶閘管KP2因電位仍然最低而繼續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)變壓器bc兩相工作，在負(fù)載上的電壓為ud=ub-uc=ubc

　　余相依此類推。

　　由上述三相橋式全控整流電路的工作過程可以看出：

　　1、三相橋式全控整流電路在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，而且這兩個(gè)晶閘管一個(gè)是共陰極組，另一個(gè)是共陽極組的，只有它們能同時(shí)導(dǎo)通，才能形成導(dǎo)電回路。

　　2、三相橋式全控整流電路就是兩組三相半波整流電路的串聯(lián)，所以與三相半波整流電路一樣，對(duì)于共陰極組觸發(fā)脈沖的要求是保證晶閘管KPl、KP3和KP5依次導(dǎo)通，因此它們的觸發(fā)脈沖之間的相位差應(yīng)為120°。對(duì)于共陽極組觸發(fā)脈沖的要求是保證晶閘管KP2、KP4和KP6依次導(dǎo)通，因此它們的觸發(fā)脈沖之間的相位差也是120°。

　　3、由于共陰極的晶閘管是在正半周觸發(fā)，共陽極組是在負(fù)半周觸發(fā)，因此接在同一相的兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖的相位應(yīng)該相差180°。

　　4、三相橋式全控整流電路每隔60°有一個(gè)晶閘管要換流，由上一號(hào)晶閘管換流到下一號(hào)晶閘管觸發(fā)，觸發(fā)脈沖的順序是：1→2→3→4→5→6→1，依次下去。相鄰兩脈沖的相位差是60°。

　　5、由于電流斷續(xù)后，能夠使晶閘管再次導(dǎo)通，必須對(duì)兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對(duì)晶閘管同時(shí)有觸發(fā)脈沖。為了達(dá)到這個(gè)目的，可以采取兩種辦法；一種是使每個(gè)脈沖的寬度大于60°（必須小于120°），一般取80°～100°，稱為寬脈沖觸發(fā)。另一種是在觸發(fā)某一號(hào)晶閘管時(shí)，同時(shí)給前一號(hào)晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖，使共陰極組和共陽極組的兩個(gè)應(yīng)導(dǎo)通的晶閘管上都有觸發(fā)脈沖，相當(dāng)于兩個(gè)窄脈沖等效地代替大于60°的寬脈沖。這種方法稱雙脈沖觸發(fā)。

　　6、整流輸出的電壓，也就是負(fù)載上的電壓。整流輸出的電壓應(yīng)該是兩相電壓相減后的波形，實(shí)際上都屬于線電壓，波頭uab、uac、ubc、uba、uca、ucb均為線電壓的一部分，是上述線電壓的包絡(luò)線。相電壓的交點(diǎn)與線電壓的交點(diǎn)在同一角度位置上，故線電壓的交點(diǎn)同樣是自然換相點(diǎn)，同時(shí)亦可看出，三相橋式全控的整流電壓在一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)六次，脈動(dòng)頻率為6 &TImes; 50=300赫，比三相半波時(shí)大一倍。

　　7、晶閘管所承受的電壓。三相橋式整流電路在任何瞬間僅有二臂的元件導(dǎo)通，其余四臂的元件均承受變化著的反向電壓。例如在第（1）段時(shí)期，KP1和KP6導(dǎo)通，此時(shí)KP3和KP4，承受反向線電壓uba=ub-ua。KP2承受反向線電壓ubc=ub-uc。KP5承受反向線電壓uca=uc-ua。晶閘管所受的反向最大電壓即為線電壓的峰值。當(dāng)α從零增大的過程中，同樣可分析出晶閘管承受的最大正向電壓也是線電壓的峰值。