构建18脉波相控整流和有源逆变的三相桥串联方案

上节已分析两重化12脉波相控整流和有源逆变特性，为了更进一步提升直流输出电压并减小电压、电流谐波危害，可采用图4-8a所示三个三相线电压幅值相等、但相位差φ=60°/2=20°的三重化18脉波相控整流及有源逆变系统。

图4-8a中变压器二次有三组三相副绕组（W₁、W₂、W₃），连接到三个三相桥变流器，三个变流器的直流电压v_d1、v_d2、v_d3串联相加输出v_d，一次绕组每相匝数为N_s，星形联结，三相电动势，，，、、幅值相等，相位差120°，线电压，VAB比VA大倍。相位超前。三相二次绕组W₂，也是星形联结，每相绕组匝数为N₂，电压比k_V=N₂/N_s，相电动势，，，线电压，即线电压与同相，W₂的线电流i_2al与相电流i_2a是同一个电流。由图4-8b可知，线电流i_2al（i_2a）滞后线电压V_2ab30°，线电压幅值。线电压相位超前、，图4-8b相量图中相量即为。

图4-8a中，W₁、W₃两组三相绕组的结构称为延边三角形联结，每个相绕组一分为二，由x、y两部分组成。例如W₁的a相绕组a₁由匝数为N_1x和N_1y两部分组成，a₁、b₁、c₁三个相的N_1y绕组接成三角形，三相的N_1x绕组从三角形顶点伸延连接成延边三角形。这种连接的绕组又称为曲折形绕组。

图4-8 三个相位差20°三相桥串联输出的三重化相控整流和有源逆变

图4-8a中W₁的a₁相绕组N_1x感应电动势，N_1x对N₂的匝比x₁=N_1x/N₂。a₁绕组N_1y感应电动势，N_1y对N₂的匝比y₁=N_1y/N₂。a₁相电动势。同理对b₁相，，，；c1相，，。W₁的延边三角形联结使线电压

，如图4-8b中相量所示。这时由于W₁的延边三角形联结使线电压超前的角度为φ，故W₁的延边三角形联结称为超前移相顺延连接。如果设计选择x₁、y₁的数值使W₁、W₂线电压相等，即，由图4-8b的三角形OGF的边、角关系得

得到x₁=2sin（30°-φ），要求W₁的超前W₂的V_2ab相角φ=20°，则x₁=0.347。

又有

图4-8a中W₃的三相二次绕组每相绕组也由匝数N_3x、N_3y两部分组成，a₃相的绕组N3x感应电动势，匝比x₃=N_3x/N₂；a₃相的N_3y绕组产生的电动势E_3ay=y₃k_VV_A，匝比y₃=N_3y/N₂，。b₃相的绕组N_3x感应电动势E_3bx=x₃k_VE_B，E_3by=y₃k_VE_B，E_3b=E_3bx+E_3by=（x3+y3）k_VV_B。c3相的绕组N_3x感应电动势E_3cx=x₃k_VE_C，E_3cy=y3 kVEC，E_3c=E_3cx+E_3cy=（x3+y3）kVVC。图4-8a中W₃延边三角形联结使线电压，如图4-8b中的相量所示。要求，由图4-8b W₃的延边三角形联结使W₃的线电压滞后W₂的线电压的角度为φ，故W₃的三相连接称为滞后移相逆延连接。则由三角形OHJ的边角关系得

若要求滞后，则有

x₃=0.347=x₁

x₃+y₃=1.53=x₁+y₁ （4-11B）

y₃=1.18=y₁

由图4-8a中的W₁、W₂、W₃三组三相二次绕组匝比关系，三者线电压幅值等相V_2ab=V_1ab=V_3ab，但依序相差φ角，（三重化相差角φ=60°/3=20°），W₂的与二次线电压同相为零度绕组，W₁的超前的相位角为φ。W₃的滞后的相位角为φ。6脉波的整流直流电压v_1d、v_2d、v_3d依序相位差φ=20°，总的直流输出电压瞬时值v_d（t）=v_d1+v_d2+v_d3为18脉波电压。除直流分量V_D外，仅含n=3×6k=18k（k=1、2、3、…），n=18、24、36等次谐波电压，直流平均值比单个三相桥整流大三倍。

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α=0°，忽略换流重叠压降时，整流电压瞬时值为

最低次即18次电压谐波幅值与直流电压平均值V_D的比值仅为0.6%。

由变压器绕组安匝平衡原则，对图4-8a中的绕组连接有

i_AN_s=i_1aN_1y+i_1alN_1x+i_2alN2+i_3aN_3y+i_3alN3x

由于k_V=N₂/N_s，x₁=N_1x/N₂=x₃=N_3x/N₂=x，y₁=N_1y/N₂=y₃=N_3y/N₂=y，有

i_A/k_V=i_2al+x₁i_1al+y₁i_1a+x₃i_3al+y3 i_3a （4-13A）

由W₁的超前移相延边三角形联结i_1al=i_1a-i_1b，i_1cl=i_1c-i_1a可得到

i_1a=（i_1al^-i1cl）/3 （4-14A）

由W₃的滞后移相延边三角形联结i_3al=i_3a-i_3c，i_3bl=i_3b-i_3a可得到

i_3a=（i_3al^-i3bl）/3 （4-14B）

则有 （4-13B）

由图4-8a和图4-8c，i_1al超前i_2al，φ=20°。i_3al滞后i_2al，φ=20°。-i_3bl超前i_2al角度为40°。-i_1cl滞后i_2al角度为40°。i_2al、i_1al、i_3al、-i_3bl、-i1cl都是120°方波，这5个电流及其合成电流i_A/k_V如图4-8c所示，i_A/k_V是一个5台阶9电平的阶梯波，5个台阶的高度分别是0、，，1+y+2x，。i_2al是类似式（4-4A）幅值为I_d的120°方波：

由式（4-13B）或由图4-8c所示5个电流相加，可得到

图4-8c示出交流电源相电流i_A的波形。i_A中除基波外，仅含n=18k±1次即n=17、19、35、37…等次电流谐波，最低次即17次谐波幅值仅为基波幅值的5.88%。类似于式（4-4B）、式（4-7），基波电流的幅值，有效值I₁为。