47三相整流电路

第2章三相相控整流电路2.1三相半波相控整流电路2.2三相全控桥式相控整流电路2.3变压器漏电抗对整流电路的影响2.4集成触发电路习题及思考题第2章三相相控整流电路第2章三相相控整流电路2.1.1电阻性负载三相半波(又称三相零式)相控整流电路如图2-1(a)所示。图中TR是整流变压器，可直接由三相四线电源供电。三只晶闸管的阴极连在一起，称为共阴极接法，这在触发电路有公共线时连接比较方便，因此得到了广泛应用。2.1三相半波相控整流电路第2章三相相控整流电路图2-1α=0°(a)电路；(b)电源相电压；(c)触发脉冲；(d)输出电压、电流；(e)晶闸管V-1上的电流；(f)晶闸管V-1上的电压TaV1bV2cV3udRid(a)(b)(c)(d)(e)(f)0u21234ua＝0°ubucuatug0ug1ug2ug3ug1tud0tidiV10tuV10tuabuact1t2t3第2章三相相控整流电路图2-1(b)是电源相电压波形，三相电压正半周交点是不用控制时整流的自然换流点，也就是各相晶闸管能被触发导通的最早时刻（1点离a相相电压ua的原点π/6），该点作为控制角α的计算起点。当α=0°时（ωt1所处时刻），触发V1管，则V1管导通，负载上得到a相相电压。同理，隔120°电角（ωt2时刻）触发V2管，则V2导通，V1则受反压而关断，负载得到b相相电压。ωt3时刻触发V3导通，而V2关断，负载上得到c相相电压。如此循环下去。输出电压ud是一个脉动的直流电压，它是三相交流相电压正半周包络线，相当于半控整流的情况。在一个周期内，ud有三次脉动，脉动的最高频率是150Hz。从中可看出，三相触发脉冲依次间隔120°电角，在一个周期内三相电源轮流向负载供电，每相晶闸管各导通120°，负载电压是连续的。第2章三相相控整流电路图2-1(e)是流过a相晶闸管V1的电流波形，其它两相晶闸管的电流波形形状与此相同，相位依次相差120°。变压器绕组中流过的是直流脉动电流，在一个周期中，每相绕组只工作1/3周期，因此存在变压器铁芯直流磁化和利用率不高的问题。图2-1(f)是V1上电压的波形。V1导通时为零；V2导通时，V1承受的是线电压uab；V3导通时，V1承受的是线电压uac。其它两只晶闸管上的电压波形形状与此相同，只是相位依次相差120°。第2章三相相控整流电路图2-2三相半波可控整流电路电阻性负载α=30°时的波形(a)电源电压；(b)触发脉冲；(c)输出电压、电流；(d)晶闸管上的电流(a)(b)(c)(d)(e)0＝30°uau2ubucuatt1t2t3ug0ug1ug2ug3ug1tud0idtiV10uV10ttuacuabuact0第2章三相相控整流电路图2-2所示是α=30°时的波形。设V3已导通，负载上获得c相相电压uc，当电源经过自然换流点ωt0时，由于V1的触发脉冲ug1还没来到，因而不能导通，而uc仍大于零，所以V3不能关断而继续导通；直到ωt1处，此时ug1触发V1导通，V3承受反压关断，负载电流从c相换到a相。以后即如此循环下去。从图2-2中可看出，这是负载电流连续的临界状态，一个周期中，每只管子仍导通120°。第2章三相相控整流电路图2-3所示是α=60°时的波形，设V3已工作，电路输出c相相电压uc。当uc过零变负时，V3因承受反压而关断。此时V1虽已承受正向电压，但因其触发脉冲ug1尚未来到，故不能导通。此后，直到ug1到来前的一段时间内，各相都不导通，输出电压电流都为零。当ug1到来，V1导通，输出电压为a相相电压ua,依次循环。若控制角α继续增大，则整流电路输出电压ud将继续减小。当α=150°时，ud就减小到零。第2章三相相控整流电路图2-3三相半波可控整流电路电阻性负载α=60°时的波形(a)电源电压；(b)触发脉冲；(c)输出电压、电流；(d)晶闸管上的电压(a)(b)(c)(d)0u2uaubucua＝60°ug0ug1ug2ug3ug1tt0udidt0iV1t第2章三相相控整流电路由上分析可知：（1）控制角α=0°时，输出电压最大；α增大，输出电压减小；当α=150°时，输出电压为零，所以最大移相范围为150°。当α≤30°时，电流（压）连续，每相晶闸管的导通角θ为120°，当α＞30°时，电流（电压）断续，θ小于120°，导通角为θ=150°-α。第2章三相相控整流电路（2）由于每相导电情况相同，故只需在1/3周期内求取电路输出电压的平均值，即一个周期内电路输出的平均值。当α≤30°时，电流电压连续，输出直流电压平均值Ud为cos17.1)(sin23/2165622UttdUUd0°≤α≤30°式中U2φ为变压器次级相电压有效值。第2章三相相控整流电路当30°＜α≤150°时，电路输出电压ud、输出电流id波形断续，如图2-3所示，导通角θ=150°-α。可求得输出电压的6223)]30cos(1[17.1sin23/21UtdUUd30°≤α≤150°第2章三相相控整流电路（3）负载电流的平均值Id为IRUIdd流过每个晶闸管的平均电流IdV为ddVII31流过每个晶闸管电流的有效值为2cos2332212dVRUI0°≤α≤30°第2章三相相控整流电路2sin412cos4365212dVRUI0°≤α≤150°（4）从图2-1(f)可看出，晶闸管所承受的最大反向电压为电源线电压峰值，最大正向电压为电源相电压峰值，即。26U22U第2章三相相控整流电路2.1.2大电感负载图2-4三相半波可控整流电路大电感负载α=60°(a)电路；(b)输出电压；(c)触发脉冲；(d)输出电流；(e)晶闸管上的电压TaV1bV2cV3udRid(a)(b)LeLud＝60°ubucua0tugtug1ug2ug3ug100idt0tuV1uacuacuab(c)(e)(d)t1t2t3t4第2章三相相控整流电路由上分析可得：（1）图2-4可看出晶闸管承受的最大正、反向电压均为线电压峰值，这一点与电阻性负载时晶闸管承受的正向电压是不同的。26U22U第2章三相相控整流电路（2）输出电压的平均值Ud可由ud波形从π/6+α~5π/6+α内积分求得cos17.1)(sin23/2122656UttdUUd负载电流的平均值Idcos17.12RUId流过晶闸管的电流平均值与有效值为ddVddVIIIII577.03131第2章三相相控整流电路图2-5(a)电路；(b)输出电压；(c)输出电流TaV1bV2cV3udRid(a)(b)Lud＝60°ubucua0t0idt(c)VDiVDiV3iV1iVDiV2iVDiV3iVD第2章三相相控整流电路很明显，ud的波形与纯电阻负载时一样，Ud的计算公式也与电阻性负载时相同。一个周期内，晶闸管的导通角θT=150°-α。续流二极管在一个周期内导通三次，因此其导通角θVD=3(α-30°)。流过晶闸管的平均电流和电流的有效ddVVddVdVIIIIII36015023601502第2章三相相控整流电路流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为ddVDVDddVDdVDIIIIII120302120302第2章三相相控整流电路2.1.3反电势负载串联平波电抗器的电动机负载就是一种反电势负载。当电感L足够大时，负载电流id的波形近似于一条直线，电路输出电压ud的波形及计算与大电感负载时一样。但当L不够大或负载电流太小，L中储存的磁场能量不足以维持电流连续时，则ud的波形出现由反电势E形成的阶梯，Ud不再符合前面的计算公式。第2章三相相控整流电路2.1.4共阳极整流电路图2-6(a)所示电路为将三只晶闸管阳极连接在一起的三相半波可控整流电路，称为共阳极接法。这种接法可将散热器连在一起，但三个触发电源必须相互绝缘。共阳极接法中，晶闸管只能在相电压的负半周工作，其阴极电位为负且有触发脉冲时导通，换相总是换到阴极电位更负的那一相去。第2章三相相控整流电路相电压负半周的交点就是共阳极接法的自然换流点。共阳极整流电路的工作情况、波形及数量关系与共阴极接法相同，仅输出极性相反，其输出电压、电流波形和三个晶闸管中的电流波形如图2-6(b)、(c)、(d)、(e)、(f)所示，均为负值。大电感负载时，Ud的计算公式为Ud=-1.17U2φcosα(2-15)式中负号表示电源零线是负载电压的正极端。第2章三相相控整流电路三相半波可控整流电路只用三只晶闸管，接线简单，与单相电路比较，其输出电压脉动小、输出功率大、三相平衡。但是整流变压器次级绕组在一个周期内只有1/3时间流过电流变压器的利用率低。另外，变压器次级绕组中电流是单方向的，其直流分量在磁路中产生直流不平衡磁动势，会引起附加损耗；如不用变压器，则中线电流较大，同时交流侧的直流电流分量会造成电网的附加损耗。因此，这种电路多用于中等偏小容量的设备上。第2章三相相控整流电路TaV1bV2cV3udRid(a)(b)L(c)(d)(e)(f)eL＝30°uduaubuct00idtiV10t0iV2iV30tt图2-6三相半波共阳极可控整流电路及波形第2章三相相控整流电路三相全控桥式整流电路由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成，如图2-7所示。因此，整流输出电压的平均值Ud为三相半波整cisUUUUd212235.1cos34.2cos17.12式中U2l为变压器次级线电压有效值。2.2三相全控桥式相控整流电路第2章三相相控整流电路图2-7三相桥式全控整流电路TaV1bV3cV5udidV4V6V2LR第2章三相相控整流电路与三相半波电路相比，若要求输出电压相同，则三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电压的要求降低一半；若输入电压相同，则输出电压Ud比三相半波可控整流时高一倍。另外，由于共阴极组在电源电压正半周时导通，流经变压器次级绕组的电流为正；共阳极组在电压负半周时导通，流经变压器次级绕组的电流为负，因此在一个周期中变压器绕组不但提高了导电时间，而且也无直流流过，克服了三相半波可控整流电路存在直流磁化和变压器利用率低的缺点。第2章三相相控整流电路图2-8三相全控桥式整流电路大电感负载α=0°(a)输入电压；(b)晶闸管的导通情况；(c)触发脉冲；(d)(e)变压器次级电流及电源线电流；(f)晶闸管上的电压0u2uaubucua＝0°t(1)(2)(3)(4)(5)(6)(a)导通管(b)V1V3V5V1V2V6V4V2V62.2.1工作原理第2章三相相控整流电路图2-8三相全控桥式整流电路大电感负载α=0°(a)输入电压；(b)晶闸管的导通情况；(c)触发脉冲；(d)(e)变压器次级电流及电源线电流；(f)晶闸管上的电压0ugug1ug3ug5ug1ug6ug2ug4ug60ugttt0uduabuacubcubaucaucbuab(c)(d)g1ug3ug2ug5ug6ug4u第2章三相相控整流电路图2-8三相全控桥式整流电路大电感负载α=0°(a)输入电压；(b)晶闸管的导通情况；(c)触发脉冲；(d)(e)变压器次级电流及电源线电流；(f)晶闸管上的电压tttt0000iaibiabuV1uabuac(e)(f)第2章三相相控整流电路为分析方便，把一个周期分为6段，每段相隔60°。在第(1)段期间，a相电位ua最高，共阴极组的V1被触发导通，b相电位ub最低，共阳极组的V6被触发导通，电流路径为ua→V1→R(L)→V6→ub。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流ia为正，共阳极组的b相电流ib为负