三相桥式全控整流电路原理及电路图，三相桥式全控整流电路原理及电路图

　　三相整流电路的作用：

　　在电路中，当功率进一步增加或由于其他原因要求多相整流时，三相整流电路就被提了出来。图所示就是三相半波整流电路原理图。在这个电路中，三相中的每一相都单独形成了半波整流电路，其整流出的三个电压半波在时间上依次相差120度叠加，整流输出波形不过0点，并且在一个周期中有三个宽度为120度的整流半波。因此它的滤波电容器的容量可以比单相半波整流和单相全波整流时的电容量都小。

　　三相整流电路的工作原理：

　　先看时间段1：此时间段A相电位最高，B相电位最低，因此跨接在A相B相间的二极管D1、D4导电。电流从A相流出，经D1，负载电阻，D4，回到B相，见图14-1-3中红色箭头指示的路径。此段时间内其他四个二极管均承受反向电压而截止，因D4导通，B相电压最低，且加到D2、D6的阳极，故D2、D6截止；，因D1导通，A相电压最高，且加到D3、D5的阴极，故D3、D5截止。其余各段情况如下：

　　时间段2：此时间段A相电位最高，C相电位最低，因此跨接在A相C相间的二极管D1、D6导电。

　　时间段3：此时间段B相电位最高，C相电位最低，因此跨接在A相C相间的二极管D3、D6导电。

　　时间段4：此时间段B相电位最高，A相电位最低，因此跨接在B相A相间的二极管D3、D2导电。

　　时间段5：此时间段C相电位最高，A相电位最低，因此跨接在C相A相间的二极管D5、D2导电。

　　三相桥式电阻负载整流电路的输出电压波形见图

　　时间段6：此时间段C相电位最高，B相电位最低，因此跨接在C相B相间的二极管D5、D5导电。

　　时间段7：此时间段又变成A相电位最高，B相电位最低，因此跨接在A相B相间的二极管D1、D4导电。电路状态不断重复

　　三相半波可控整流电路工作原理： 　　1．电阻性负载

　　三相半波可控整流电路接电阻性负载的接线图如图3所示。整流变压器原边绕组一般接成三角形，使三次谐波电流能够流通，以保证变压器电势不发生畸变，从而减小谐波。副边绕组为带中线的星形接法，三个晶闸管阳极分别接至星形的三相，阴极接在一起接至星形的中点。这种晶闸管阴极接在一起的接法称共阴极接法。共阴极接法便于安排有公共线的触发电路，应用较广。

　　三相可控整流电路的运行特性、各处波形、基本数量关系不仅与负载性质有关，而且与控制角α有很大关系，应按不同α进行分析。

　　（1） α＝0º

　　在三相可控整流电路中，控制角α的计算起点不再选择在相电压由负变正的过零点，而选择在各相电压的交点处，即自然换流点，如图1b）中的1、2、3、1、…等处。这样，α＝0意味着在ωt1时给a相晶闸管VT１门极上施加触发脉冲ug1；在ωt2时给b相晶闸管VT2门极上施加触发脉冲ug2；在ωt3时给c相晶闸管VT3门极上施加触发脉冲ug3，等等，如图1c）所示。

　　共阴极接法三相半波整流电路中，晶闸管的导通原则是哪相电压最高与该相相连的元件将导通。如果假定电路工作已进入稳定状态，在ωt1时刻之前c相VT3正在导通，那么在ωt1～ωt2期间内，a相电压ua最高，VT1具备导通条件。ωt1时刻触发脉冲ug1加在VT1门极上，VT1导通，负载Rd上得到a相电压，即ud=ua，如图1d）所示。在ωt2～ωt3期间内，ub电压最高，ωt2时刻触发脉冲ug2加在VT2门极上，VT2导通，Rd上得到b相电压，ud=ub。与此同时，b点电位通过导通的VT2加在VT1的阳极上。由于此时ub＞ua，使VT1承受反向阳极电压而关断。VT2导通、VT1关断，这样就完成了一次换流。同样，在ωt3时刻又将发生VT2向VT3的换流过程。可以看出，对于共阴极接法的三相可控整流电路，换流总是由低电位相换至高电位相。为了保证正常的换流，必须使触发脉冲的相序与电源相序一致。由于三相电源系统平衡，则三只晶闸管将按同样的规律连续不断地循环工作，每管导通1/3周期。

　　共阴极接法三相半波整流电路输出直流电压波形为三相交流相电压的正半周包络线，是一脉动直流，在一个周期内脉动三次（三个波头），最低脉动频率为工频的三倍。对于电阻负载，负载电流id波形与负载电压ud波形相同。变压器副边绕组电流i2即晶闸管中电流iT。因此，a相绕组中电流波形也即VT1中电流波形iT1为直流脉动电流，如图1d）所示。所以，三相半波整流电路有变压器铁心直流磁化问题。晶闸管承受的电压分为三部分，每部分占1/3周期。以VT1管上的电压uT1为例 （图1f） ）：VT1导通时，为管压降，uT1＝UT ≈ 0；VT2导通时，uT1＝uab；VT3导通时，uT1＝uac。在电流连续条件下，无论控制角α如何变化，晶闸管上电压波形总是由这三部分组成，只是在不同α下，每部分波形的具体形状不同。在α＝0°的场合下，晶闸管上承受的全为反向阳极电压，最大值为线电压幅值。

　　（2） α≤30°

　　图2表示了α＝30°时的波形图。假设分析前电路已进入稳定工作状态，由晶闸管VT3导通。当经过a相自然换流点处，虽ua＞uc，但晶闸管VT1门极触发脉冲ug1尚未施加，VT1管不能导通，VT3管继续工作，负载电压ud＝uc。在ωt1时刻，正好α＝30°，VT1触发脉冲到来，管子被触发导通，VT3承受反向阳极电压uca而关断，完成晶闸管VT3至VT1的换流或c相至a相的换相，负载电压ud＝ua。由于三相对称，VT1将一直导通到120°后的时刻ωt2，发生VT1至VT2的换流或a相至b相的换相。以后的过程就是三相晶闸管的轮流导通，输出直流电压ud为三相电压在120°范围内的一段包络线。负载电流id的波形与ud相似，如图2c）所示。可以看出，α＝30°时，负载电流开始出现过零点，电流处于临界连续状态。

　　晶闸管电流仍为直流脉动电流，每管导通时间为1/3周期（120°）。晶闸管电压仍由三部分组成，每部分占1/3周期，但由于α＝30°，除承受的反向阳极电压波形与α＝0°时有所变化外，晶闸管上开始承受正向阻断电压，如图2e）所示。

　　（3） α＞30°

　　当控制角α＞30°后，直流电流变得不连续。图3给出了α＝60°时的各处电压、电流波形。当一相电压过零变负时，该相晶闸管自然关断。此时虽下一相电压最高，但该相晶闸管门极触发脉冲尚未到来而不能导通，造成各相晶闸管均不导通的局面，从而输出直流电压、电流均为零，电流断续。一直要到α＝60°，下一相管子才能导通，此时，管子的导通角小于120°

　　随着α角的增加，导通角也随之减小，直流平均电压Ud也减小。当α＝150°时，θ＝0°，Ud＝0。其移相范围为150°。由于电流不连续，使晶闸管上承受的电压与连续时有较大的不同。其波形如图3e）所示。

　　直流平均电压Uｄ计算中应按α≤30°及α＞30°两种情况分别处理。

　　α≤30°时，负载电流连续，Ud的计算如下

　　

　　当α＝0时，Ud＝Ud0＝1.17U2，最大。

　　α＞30°时，直流电流不连续，此时有

　　

　　晶闸管承受的最大反向电压URM为线电压峰值：

        晶闸管承受最大正向电压UTM为晶闸管不导通时的阴、阳极间电压差，即相电压峰值：
 

　　2．电感性负载

　　电感负载时的三相半波可控整流电路如图4a）所示。假设负载电感足够大，直流电流id连续、平直，幅值为Id。当α≤30°时，直流电压波形与电阻负载时相同。当α＞30°后（例如α＝60°，如图4b）），由于负载电感Ld中感应电势eL的作用，使得交流电压过零时晶闸管不会关断。以a相为例，VT1在α＝60°的ωt1时刻导通，直流电压ud＝ua。当ua＝0的ω2时刻，由于ua的减小将引起流过Ld中的电流id出现减小趋势，自感电势eL的极性将阻止id的减小，使VT1仍然承受正向阳极电压导通。即使当u2为负时，自感电势与负值相电压之和（ua＋eL）仍可为正，使VT1继续承受正向阳极电压维持导通，直到ωt3时刻VT2触发导通，发生VT1至VT2的换流为止。这样，当α＞30°后，ud波形中出现了负电压区域，同时各相晶闸管导通120°，从而保证了负载电流连续，所以大电感负载下，虽ud波形脉动很大，甚至出现负值，但id波形平直，脉动很小。

　　由于电流连续、平稳，晶闸管电流为120°宽，高度为Id的矩形波，图4b）中给出了晶闸管VT1中的电流iT1波形。其中ωt2至ωt3范围内的一段区域是依靠Ld的自感电势eL维持的。晶闸管上电压波形仍然由三段组成，每段占1/3周期，如图4b）中VT1管上电压uT1所示。当VT1导通时不承受电压，uT1＝0；当VT1关断时，由于任何瞬间都有一其他相晶闸管导通而引来他相电压，使VT1承受相应的线电压。

　　直流平均电压Ud为

　　

　　当α＝0°时，Ud＝Ud0＝1.17U2，为最大；当α＝90°时，Ud＝0，反映在ud波形上是正、负电压区域的面积相等，平均值为零。可见大电感负载下，三相半波电路的移相范围为90°。

　　由于晶闸管电流为120°宽、高为Id的矩形波，则其平均值为

　　

　　晶闸管电流有效值为

　　

　　变压器次级电流即晶闸管电流，故变压器

　　三相桥式全控整流电路工作原理：

　　在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。

　　为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a相，晶闸管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。

　　晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组。

　　为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规则，下面研究几个特殊控制角，先分析α=0的情况，也就是在自然换相点触发换相时的情况。图1是电路接线图。

　　为了分析方便起见，把一个周期等分6段（见图2）。

　　在第（1）段期间，a相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。这时电流由a相经KP1流向负载，再经KP6流入b相。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。加在负载上的整流电压为ud=ua-ub=uab

　　经过60°后进入第（2）段时期。这时a相电位仍然最高，晶闸管KPl继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c相晶闸管KP2，电流即从b相换到c相，KP6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经KPl、负载、KP2流回电源c相。变压器a、c两相工作。这时a相电流为正，c相电流为负。在负载上的电压为ud=ua-uc=uac

　　再经过60°，进入第（3）段时期。这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作，在负载上的电压为ud=ub-uc=ubc

　　余相依此类推。

　　由上述三相桥式全控整流电路的工作过程可以看出：

　　1、三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组，另一个是共阳极组的，只有它们能同时导通，才能形成导电回路。

　　2、三相桥式全控整流电路就是两组三相半波整流电路的串联，所以与三相半波整流电路一样，对于共阴极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KPl、KP3和KP5依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。对于共阳极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KP2、KP4和KP6依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差也是120°。

　　3、由于共阴极的晶闸管是在正半周触发，共阳极组是在负半周触发，因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°。

　　4、三相桥式全控整流电路每隔60°有一个晶闸管要换流，由上一号晶闸管换流到下一号晶闸管触发，触发脉冲的顺序是：1→2→3→4→5→6→1，依次下去。相邻两脉冲的相位差是60°。

　　5、由于电流断续后，能够使晶闸管再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时有触发脉冲。为了达到这个目的，可以采取两种办法；一种是使每个脉冲的宽度大于60°（必须小于120°），一般取80°～100°，称为宽脉冲触发。另一种是在触发某一号晶闸管时，同时给前一号晶闸管补发一个脉冲，使共阴极组和共阳极组的两个应导通的晶闸管上都有触发脉冲，相当于两个窄脉冲等效地代替大于60°的宽脉冲。这种方法称双脉冲触发。

　　6、整流输出的电压，也就是负载上的电压。整流输出的电压应该是两相电压相减后的波形，实际上都属于线电压，波头uab、uac、ubc、uba、uca、ucb均为线电压的一部分，是上述线电压的包络线。相电压的交点与线电压的交点在同一角度位置上，故线电压的交点同样是自然换相点，同时亦可看出，三相桥式全控的整流电压在一个周期内脉动六次，脉动频率为6 × 50=300赫，比三相半波时大一倍。

　　7、晶闸管所承受的电压。三相桥式整流电路在任何瞬间仅有二臂的元件导通，其余四臂的元件均承受变化着的反向电压。例如在第（1）段时期，KP1和KP6导通，此时KP3和KP4，承受反向线电压uba=ub-ua。KP2承受反向线电压ubc=ub-uc。KP5承受反向线电压uca=uc-ua。晶闸管所受的反向最大电压即为线电压的峰值。当α从零增大的过程中，同样可分析出晶闸管承受的最大正向电压也是线电压的峰值。