三相桥式整流

1关键词：三相、相控整流2概述AC／DC变换电路是能够直接将交流电能转换为直流电能的电路，泛称整流电路。一、整流电路的分类自本世纪20年代迄今已经历了以下几个发展阶段：第一阶段：旋转式变流机组（电动机－发电机组）；第二阶段：静止式离子整流器；第三阶段：静止式半导体整流器；低频整流电路高频整流电路3旋转式变流机组和静止式离子整流器的技术经济性能均不及半导体整流器，因而在世界范围内已为后者所取代。静止式半导体整流器，按照电路中变流器件的开关频率不同，所有的半导体变流电路可划分力低频和高频两大类。对于整流电路而言，前者是指传统相控式整流电路，是所有半导体变流电路中历史最久，技术最成熟，应用也最广泛的一种电路，后者是指最近才发展起来的斩控式（PWM）整流电路，是所有半导体变流电路中历史最短的一种电路，是斩波控制方式和高频自关断器件发展的技术产物。4整流电路的分类5三相桥式全控整流电路三相全桥的特点：应用最为广泛.三相桥式全控整流电路与三相半波电路相比，输出整流电压提高一倍，输出电压的脉动较小、变压器利用率高且无直流磁化问题。由于在整流装置中，三相桥电路晶闸管的最大失控时间只为三相半波电路的一半，故控制快速性较好，因而在大容量负载供电、电力拖动控制系统等方面获得广泛的应用。6一、共阴极三相半波可控整流电路（一）电阻负载1.电路图3-19三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路如图3-19所示。为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧为避免3次谐波流入电源接成三角形。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，它们的阴极连接在—起，称为共阴极接法，这种接法触发电路有公共端，连线方便。图3-19三相半波可控整流电路abcTRudiVT2VT1VT3d7二、共阳极三相半波可控整流电路1.电路共阳极电路，即将三个晶闸管的阳极连在一起，其阴极分别接变压器三相绕组，变压器的零线作为输出电压的正端，晶闸管共阳根端作为输出电压的负端，如图2-26所示。这种共阳极电路接法，对于螺栓型晶闸管的阳根可以共用散热器，使装置结构简化；但三个触发器的输出必须彼此绝缘。abcTRLudidVT1VT2VT3图3-26三相半波可控整流电路8从三相半波可控整流电路原理知，共阴极电路工作时，变压器每相绕组中流过正向电流，共阳极电路工作时，每相绕组流过反向电流，为了提高变压器利用率，将共阴极组电路和共阳极组电路输出串联，并接到变压器次级绕组上，如图2-17所示。abcTR/2VT4VT6VT2VT1VT3VT5L/2R/2L/2nId1Id2oIobacTni2aidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1RL如果两组电路负载对称，控制角相同，则它们输出电流平均值Id1与Id2相等，零线中流过的电流为零，去掉零线，不影响电路工作，就成为三相桥式全控整流电路，如图2-17所示。在三相桥式电路中的变压器绕组中，一个周期里既流过正向电流，又流过反向电流，提高了变压器的利用率，且直流磁势相互抵消，避免了直流磁化。9由于三相桥式整流电路是两组三相半波整流电路的串联，因此输出电压是三相半波的两倍。当输出电流连续时：由于变压器规格并末改变，整流电压却比三相半波时大一倍，因此输出功率加大一倍。变压器利用率提高了，而晶闸管的电流定额不变。在输出整流电压相同的情况下，三相桥式晶闸管的电压定额可以比三相半波电路的晶闸管低一半。2221.17cos2.34cosdUUU10共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）；共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）；请注意编号顺序：1、3、5和4、6、2，一般不特别说明，均采用这样的编号顺序。由于零线平均电流为零，所以可以不用零线。对于每相二次电源来说，一个工作周期中，即有正电流，也有负电流，所以不存在直流磁化问题，提高了绕组利用率。bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1图2-17三相桥式全控整流电路原理图11(一)带电阻负载时的工作情况1.工作原理和波形分析：(1)α=0时的情况对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通；对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通；任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个SCR处于导通状态。其余的SCR均处于关断状态。触发角α的起点，仍然是从自然换相点开始计算，注意正负方向均有自然换相点。u2ud1ud2u2LuduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuaucubt1OtOtOtOt=0°iVT1uVT1图2-18三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0时的波形动画12从线电压波形看，ud为线电压中最大的一个，因此ud波形为线电压的包络线。表3-1三相桥式全控整流电路电阻负载α=0时晶闸管工作情况时段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb动画13三相桥式全控整流电路的特点：（1)两个SCR同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各有一个SCR导通，且不能为同相的两个SCR（否则没有输出）。（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60；共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120；同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。动画14（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，所以三相全桥电路称为6脉波整流电路；（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲：可采用两种方法：一种是宽脉冲触发(大于600)另一种是双脉冲触发（常用）：在Ud的六个时间段，均给应该导通的SCR提供触发脉冲，而不管其原来是否导通。所以每隔600就需要提供两个触发脉冲。实际提供脉冲的顺序为：1,2-2,3-3,4-4,5-5,6-6,1-1,2，不断重复。（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同为：2RMFM45.2UUU动画153)α=30时的工作情况(波形图）晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成ud的每一段线电压因此推迟30；从ωt1开始把一周期等分为6段，ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表2-1的规律；变压器二次侧电流ia波形的特点：在VT1处于通态的120期间，ia为正，ia波形的形状与同时段的ud波形相同，在VT4处于通态的120期间，ia波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负值。动画164)α=60时工作情况ud波形中每段线电压的波形继续后移，ud平均值继续降低。α=60时ud出现为零的点。（因为在该点处，线电压为零）=60°ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaⅠⅡⅢⅣⅤⅥubucOtt1OtOtuVT1图3-31三相桥式全控整流电路带电阻负载α=60时的波形动画175)当α60时，如α=90时电阻负载情况下的工作波形如图3-32所示：ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1图3-32三相桥式全控整流电路带电阻负载α=90时的波形动画186)小结当α≤60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形一样，也连续；当α60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值；带电阻负载时三相桥式全控整流电路α角的移相范围是120动画192.定量计算由于α=60°是输出电压Ud波形连续和断续的分界点,输出电压平均值应分两中情况计算(1)α60°每个晶闸管导通的电角度始终是120°(2)α60°222616sin()()2.34cos/36dUUtdtU5622616sin()()2.34[1cos()]/363dUUtdtU20三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电(即用于直流电机传动)，下面主要分析阻感负载时的情况，对于带反电动势阻感负载的情况，只需在阻感负载的基础上掌握其特点，即可把握其工作情况1.工作原理及波形分析1)α≤60时ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样；区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。电感性负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。(二)阻感负载时的工作情况21ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOua=0°ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥiVT1ud1=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥtOtOtOtOidiat1uaubuc图3-33三相桥式全控整流电路带电感性负载α=0时的波形图3-34三相桥式全控整流电路带电感性负载α=30时的波形222)α60时电感性负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时ud波形不会出现负的部分，而电感性负载时，由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分；带电感性负载时，三相桥式全控整流电路的α角移相范围为90。因为在α＝90时，Ud波形上下对称，平均值为零。=90°ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabⅠⅡⅢⅣⅤⅥuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT1图3-35三相桥式整流电路带电感性负载，α=90时的波形动画23(1)当整流输出电压连续时（即带电感性负载时，或带电阻负载α≤60时）的平均值为：带电阻负载且α60时，整流电压平均值为：（2）输出电流平均值为：Id=Ud/Rcos34.2)(sin63123232dUttdUU)3cos(134.2)(sin63232dUttdUU2.定量计算24平均值：有效值：(3)晶闸管承受的最大反压：（4）当整流变压器采用星形接法，带电感性负载时，变压器二次侧电流波形，为正负半周各宽120、前沿相差180的矩形波，其有效值为：2311()23dVTddIIdtI2121233VTddIII22236UUdd2d2d2816.03232)(3221IIIII25(5)功率因数：晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。三相桥式全控整流电路接反电势电感性负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算Id时有所不同，接反电势电感性负载时的Id为：式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。REUIdd2222220.955cos32633dddIRUPIRSUIUUI2627图2-1单相半波可控整流电路及波形TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00（1）在U2的正半周，VT承受正向电压，0～ωt1期间，无触发脉冲，VT处于正向阻断状态，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1以后