三相桥串联成两重12脉波相控整流及有源逆变中的相差30°设计

图4-7a示出了由两个相位差30°三相桥串联输出的相控整流和有源逆变系统电路结构。为突出基本原理概念、简化分析，假设变压器三相绕组感应电动势E、电压V、电流I三相对称、平衡，幅值相等、相位差120°，且忽略变压器绕组电阻、漏抗，这时。此外，还忽略变压器励磁电流，因而一次绕组安匝数等于二次绕组安匝数。三相变压器一次绕组A、B、C为星形联结，每相绕组匝数为N_S。三相变压器有两套三相二次绕组，编号为W₂的三相二次绕组也为星形联结，每相匝数为N₂，电压比k_V=N₂/N_s，W₂与一次绕组都是星形联结，电压、电动势同相。W₂的三相绕组感应电动势，，；W₂的线电压与一次线电压同相，故W₂称为相移角φ=0的零度二次绕组，其输出的三相桥称为零度桥。图中编号为W₄的三相二次绕组为三角形联结，每相绕组匝数为（大3倍）。二次侧两个a相绕组a₂、a₄与一次绕组A在同一个铁心上，b₂、b₄与B在同一个铁心上，c₂、c₄与C在同一个铁心上，即a₂、a₄与A同相，b₂、b₄与B同相，c₂、c₄与C同相，但绕组a₄、b₄、c₄相电动势E_4a、E_4b、E_4c等于线电压V_4ab、V_4bc、V_4ca。W₄三相绕组感应电动势，，，线电压，，。W₄整流线电压与W₂的整流线电压幅值相同，由于三角形联结的W₄线电压滞后W₂的线电压，因此整流电压v_d4与整流电压v_d2波形相同，但v_d4滞后v_d230°，故W4输出的三相桥称为30°桥。总的输出电压v_d=v_d2+v_d4，在一个交流电源周期T_S中，V_d2脉动六次，滞后30°的V_d4也脉动6次，故v_d（t）脉动12次为12脉波直流电压，v_d（t）的直流平均值V_D比单个三相桥的直流电压高一倍，即

由于v_d4与v_d2波形相同，但基波相位差30°，而v_d4、v_d2中的6次谐波在相位上相差30°×6=180°，因此v_d=v_d4+v_d2中不含有6次谐波。v_d中除直流分量（直流平均值）V_D外，仅含有n=2×6k次电压谐波，即k=1、2、3…时的n=12、24、36…次谐波。当α=0°，同时又忽略换流重叠电压降

，则v_d（t）为

最低次即12次电压谐波幅值与直流电压平均值的比值为1.4%。

图4-7 两个相位差30°三相桥串联输出的两重相控整流和有源逆变

图4-7a中，若W₂的a₂相电压v_2a=V_msinωt，在ωt=30°～150°期间，a相电压v_2a的正值高于v_2b、v_2c，若触发延迟角α=0°，则图4-7a中i_2a=i_2al的波形为图4-7c中脉宽的120°方波，幅值为I_d。i_2al=i_2a的基波与v_2a、E·_A、同相，由图4-7b，W₂的线电流I·_2al滞后整流线电压；对三角形绕组W₄，α=0°时i_4a与E_4a同相，由图4-7a可知i_4al=i_4a-i_4c，因此图4-7b中线电流相量也应滞后其整流线电压。又因滞后120°，因此超前。忽略变压器励磁电流，由磁势平衡原则，对图4-7a中的对A相有

对图4-7a中的三角形绕组W₄，线电流i_4al=i_4a-i_4c，线电流i_4bl=i_4b-i_4a，i_4al-i_4bl=2i4a-（i_4c+i_4b），故有(www.xing528.com)

i_4a=（i_4al-i_4bl）/3（4-6B）

由式（4-6A）得到

、与i_2al一样都是120°方波，i_4al、i_4bl的幅值与i_2al一样都是I_d。如图4-7b、c所示，滞后i_2al30°，超前i_2al30°，因此有

由此得到

基波电流有效值I₁=2×0.78I_d=1.56I_d。 （4-7）

i_A（t）中除基波电流外，仅含n=12k±1次电流谐波，n=2×6k±1次即11、13、23、25…等次电流谐波，最低n=11次谐波幅值为基波幅值的9%。

移相30°两个三相桥串联形成的12脉波相控整流和有源逆变系统，输出直流电压提高一倍，电压、电流谐波频率提高一倍，电压、电流谐波值大为减小。