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...

　　在電路中，當功率進一步增加或由於其他原因要求多相整流時，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。在這個電路中，三相中的每一相都單獨形成了半波整流電路，其整流出的三個電壓半波在時間上依次相差120度疊加，整流輸出波形不過0點，並且在一個周期中有三個寬度為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的電容量都小。

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　　三相整流電路的工作原理：

　　先看時間段1：此時間段A相電位最高，B相電位最低，因此跨接在A相B相間的二極體D1、D4導電。電流從A相流出，經D1，負載電阻，D4，回到B相，見圖14-1-3中紅色箭頭指示的路徑。此段時間內其他四個二極體均承受反向電壓而截止，因D4導通，B相電壓最低，且加到D2、D6的陽極，故D2、D6截止；，因D1導通，A相電壓最高，且加到D3、D5的陰極，故D3、D5截止。其餘各段情況如下：

　　時間段2：此時間段A相電位最高，C相電位最低，因此跨接在A相C相間的二極體D1、D6導電。

　　時間段3：此時間段B相電位最高，C相電位最低，因此跨接在A相C相間的二極體D3、D6導電。

　　時間段4：此時間段B相電位最高，A相電位最低，因此跨接在B相A相間的二極體D3、D2導電。

　　時間段5：此時間段C相電位最高，A相電位最低，因此跨接在C相A相間的二極體D5、D2導電。

　　三相橋式電阻負載整流電路的輸出電壓波形見圖

　　時間段6：此時間段C相電位最高，B相電位最低，因此跨接在C相B相間的二極體D5、D5導電。

　　時間段7：此時間段又變成A相電位最高，B相電位最低，因此跨接在A相B相間的二極體D1、D4導電。電路狀態不斷重複

　　三相半波可控整流電路工作原理：　　1．電阻性負載

　　三相半波可控整流電路接電阻性負載的接線圖如圖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生畸變，從而減小諧波。副邊繞組為帶中線的星形接法，三個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。這種晶閘管陰極接在一起的接法稱共陰極接法。共陰極接法便於安排有公共線的觸發電路，應用較廣。

　　三相可控整流電路的運行特性、各處波形、基本數量關係不僅與負載性質有關，而且與控制角α有很大關係，應按不同α進行分析。

　　（1） α＝0º

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

　　共陰極接法三相半波整流電路中，晶閘管的導通原則是哪相電壓最高與該相相連的元件將導通。如果假定電路工作已進入穩定狀態，在ωt1時刻之前c相VT3正在導通，那麼在ωt1～ωt2期間內，a相電壓ua最高，VT1具備導通條件。ωt1時刻觸發脈衝ug1加在VT1門極上，VT1導通，負載Rd上得到a相電壓，即ud=ua，如圖1d）所示。在ωt2～ωt3期間內，ub電壓最高，ωt2時刻觸發脈衝ug2加在VT2門極上，VT2導通，Rd上得到b相電壓，ud=ub。與此同時，b點電位通過導通的VT2加在VT1的陽極上。由於此時ub＞ua，使VT1承受反向陽極電壓而關斷。VT2導通、VT1關斷，這樣就完成了一次換流。同樣，在ωt3時刻又將發生VT2向VT3的換流過程。可以看出，對於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，必須使觸發脈衝的相序與電源相序一致。由於三相電源系統平衡，則三隻晶閘管將按同樣的規律連續不斷地循環工作，每管導通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線，是一脈動直流，在一個周期內脈動三次（三個波頭），最低脈動頻率為工頻的三倍。對於電阻負載，負載電流id波形與負載電壓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，每部分佔1/3周期。以VT1管上的電壓uT1為例 （圖1f） ）：VT1導通時，為管壓降，uT1＝UT ≈ 0；VT2導通時，uT1＝uab；VT3導通時，uT1＝uac。在電流連續條件下，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°時的波形圖。假設分析前電路已進入穩定工作狀態，由晶閘管VT3導通。當經過a相自然換流點處，雖ua＞uc，但晶閘管VT1門極觸發脈衝ug1尚未施加，VT1管不能導通，VT3管繼續工作，負載電壓ud＝uc。在ωt1時刻，正好α＝30°，VT1觸發脈衝到來，管子被觸發導通，VT3承受反向陽極電壓uca而關斷，完成晶閘管VT3至VT1的換流或c相至a相的換相，負載電壓ud＝ua。由於三相對稱，VT1將一直導通到120°後的時刻ωt2，發生VT1至VT2的換流或a相至b相的換相。以後的過程就是三相晶閘管的輪流導通，輸出直流電壓ud為三相電壓在120°範圍內的一段包絡線。負載電流id的波形與ud相似，如圖2c）所示。可以看出，α＝30°時，負載電流開始出現過零點，電流處於臨界連續狀態。

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

　　（3） α＞30°

　　當控制角α＞30°後，直流電流變得不連續。圖3給出了α＝60°時的各處電壓、電流波形。當一相電壓過零變負時，該相晶閘管自然關斷。此時雖下一相電壓最高，但該相晶閘管門極觸發脈衝尚未到來而不能導通，造成各相晶閘管均不導通的局面，從而輸出直流電壓、電流均為零，電流斷續。一直要到α＝60°，下一相管子才能導通，此時，管子的導通角小於120°

　　隨著α角的增加，導通角也隨之減小，直流平均電壓Ud也減小。當α＝150°時，θ＝0°，Ud＝0。其移相範圍為150°。由於電流不連續，使晶閘管上承受的電壓與連續時有較大的不同。其波形如圖3e）所示。

　　直流平均電壓Uｄ計算中應按α≤30°及α＞30°兩種情況分別處理。

　　α≤30°時，負載電流連續，Ud的計算如下

　　

　　當α＝0時，Ud＝Ud0＝1.17U2，最大。

　　α＞30°時，直流電流不連續，此時有

　　

　　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為晶閘管不導通時的陰、陽極間電壓差，即相電壓峰值：

　　2．電感性負載

　　電感負載時的三相半波可控整流電路如圖4a）所示。假設負載電感足夠大，直流電流id連續、平直，幅值為Id。當α≤30°時，直流電壓波形與電阻負載時相同。當α＞30°後（例如α＝60°，如圖4b）），由於負載電感Ld中感應電勢eL的作用，使得交流電壓過零時晶閘管不會關斷。以a相為例，VT1在α＝60°的ωt1時刻導通，直流電壓ud＝ua。當ua＝0的ω2時刻，由於ua的減小將引起流過Ld中的電流id出現減小趨勢，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通。即使當u2為負時，自感電勢與負值相電壓之和（ua＋eL）仍可為正，使VT1繼續承受正向陽極電壓維持導通，直到ωt3時刻VT2觸發導通，發生VT1至VT2的換流為止。這樣，當α＞30°後，ud波形中出現了負電壓區域，同時各相晶閘管導通120°，從而保證了負載電流連續，所以大電感負載下，雖ud波形脈動很大，甚至出現負值，但id波形平直，脈動很小。

　　由於電流連續、平穩，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範圍內的一段區域是依靠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，每段佔1/3周期，如圖4b）中VT1管上電壓uT1所示。當VT1導通時不承受電壓，uT1＝0；當VT1關斷時，由於任何瞬間都有一其他相晶閘管導通而引來他相電壓，使VT1承受相應的線電壓。

　　直流平均電壓Ud為

　　

　　當α＝0°時，Ud＝Ud0＝1.17U2，為最大；當α＝90°時，Ud＝0，反映在ud波形上是正、負電壓區域的面積相等，平均值為零。可見大電感負載下，三相半波電路的移相範圍為90°。

　　由於晶閘管電流為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，對共陰極組和共陽極組是同時進行控制的，控制角都是α。由於三相橋式整流電路是兩組三相半波電路的串聯，因此整流電壓為三相半波時的兩倍。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晶閘管觸發的順序是1-2-3-4-5-6，晶閘管是這樣編號的：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變化時各晶閘管的導通規律，分析輸出波形的變化規則，下面研究幾個特殊控制角，先分析α=0的情況，也就是在自然換相點觸發換相時的情況。圖1是電路接線圖。

　　為了分析方便起見，把一個周期等分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被觸發導通，b相電位最低，所以供陽極組的晶閘管KP6被觸發導通。這時電流由a相經KP1流向負載，再經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。加在負載上的整流電壓為ud=ua-ub=uab

　　經過60°後進入第（2）段時期。這時a相電位仍然最高，晶閘管KPl繼續導通，但是c相電位卻變成最低，當經過自然換相點時觸發c相晶閘管KP2，電流即從b相換到c相，KP6承受反向電壓而關斷。這時電流由a相流出經KPl、負載、KP2流回電源c相。變壓器a、c兩相工作。這時a相電流為正，c相電流為負。在負載上的電壓為ud=ua-uc=uac

　　再經過60°，進入第（3）段時期。這時b相電位最高，共陰極組在經過自然換相點時，觸發導通晶閘管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導通。此時變壓器bc兩相工作，在負載上的電壓為ud=ub-uc=ubc

　　餘相依此類推。

　　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刻都必須有兩個晶閘管導通，而且這兩個晶閘管一個是共陰極組，另一個是共陽極組的，只有它們能同時導通，才能形成導電迴路。

　　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，所以與三相半波整流電路一樣，對於共陰極組觸發脈衝的要求是保證晶閘管KPl、KP3和KP5依次導通，因此它們的觸發脈衝之間的相位差應為120°。對於共陽極組觸發脈衝的要求是保證晶閘管KP2、KP4和KP6依次導通，因此它們的觸發脈衝之間的相位差也是120°。

　　3、由於共陰極的晶閘管是在正半周觸發，共陽極組是在負半周觸發，因此接在同一相的兩個晶閘管的觸發脈衝的相位應該相差180°。

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

　　5、由於電流斷續後，能夠使晶閘管再次導通，必須對兩組中應導通的一對晶閘管同時有觸發脈衝。為了達到這個目的，可以採取兩種辦法；一種是使每個脈衝的寬度大於60°（必須小於120°），一般取80°～100°，稱為寬脈衝觸發。另一種是在觸發某一號晶閘管時，同時給前一號晶閘管補發一個脈衝，使共陰極組和共陽極組的兩個應導通的晶閘管上都有觸發脈衝，相當於兩個窄脈衝等效地代替大於60°的寬脈衝。這種方法稱雙脈衝觸發。

　　6、整流輸出的電壓，也就是負載上的電壓。整流輸出的電壓應該是兩相電壓相減後的波形，實際上都屬於線電壓，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線。相電壓的交點與線電壓的交點在同一角度位置上，故線電壓的交點同樣是自然換相點，同時亦可看出，三相橋式全控的整流電壓在一個周期內脈動六次，脈動頻率為6 &TImes; 50=300赫，比三相半波時大一倍。

　　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通，其餘四臂的元件均承受變化著的反向電壓。例如在第（1）段時期，KP1和KP6導通，此時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。