三相桥式全控整流电路优化设计

在工业生产上广泛应用的是三相桥式全控整流电路，此电路相当于一组共阴极的三相半波和一组共阳极的三相半波可控整流电路串联起来构成的。习惯上将晶闸管按照其导通顺序编号，共阴极的一组为VT1、VT3和VT5，共阳极的一组为VT2、VT4和VT6。其电路如图1－34（a）所示。

图1－34（b）所示为带大电感负载的三相全控桥式整流电路在α＝0°时的电流、电压波形。由三相半波电路的分析可知，共阴极组的自然换流点（α＝0°）在ωt1、ωt3、ωt5 时刻，分别触发VT1、VT3、VT5晶闸管，同理可知共阳极组的自然换流点（α＝0°）在ωt2、ωt4、ωt6时刻，分别触发VT2、VT4、VT6晶闸管。为了分析方便，把交流电源的一个周期由6 个自然换流点划分为6 段，并假设在t＝0 时电路已在工作，即VT5、VT6 同时导通，电流已经形成，如表1－6所示。

图1－34　三相桥式全控整流电路

（a）电路；（b）波形（α＝0°）

表1－6　三相桥式全控整流电路阻性负载α＝0°时的情况

在ωt1～ωt2期间，A 相电压为正最大值，在ωt1 时刻触发VT1，则VT1 导通，VT5 因承受反压而关断。此时变成VT1 和VT6 同时导通，电流从A 相流出，经VT1、负载、VT6 流回B 相，负载上得到A、B 线电压uAB。在ωt2～ωt3期间，C 相电压变为最负，A 相电压仍保持最正，在ωt2时刻触发VT2，则VT2导通，VT6关断。此时VT1和VT2 同时导通，负载上得到A、C 线电压uAC。在ωt3～ωt4期间，B 相电压变为最正，C 相保持最负，ωt3时刻触发VT3，VT3导通，VT1关断。此时VT2和VT3同时导通，负载上得到B、C 线电压uBC。依此类推，在ωt4～ωt5期间，VT3和VT4导通，负载上得到uBA。在ωt5～ωt6期间，VT4和VT5导通，负载上得到uCA。在ωt6～ωt7期间，VT5 和VT6 导通，负载上得到uCB。从ωt7 时刻起又重复上述过程。在同一个周期内负载上得到如图1－34（b）所示的整流输出电压波形，它是线电压波形正半部分的包络线，其基波频率为300 Hz，脉动较小。(www.xing528.com)

需要特别说明的是，三相桥式全控整流电路要保证任何时候都有两只晶闸管导通，这样才能形成向负载供电的回路，并且是共阴极和共阳极组各一个，不能为同一组的晶闸管。所以，在此电路合闸启动过程中或电流断续时，为保证电路能正常工作，就需要保证同时触发应导通的两只晶闸管，即要同时保证两只晶闸管都有触发脉冲。一般可以采用两种方式：一种方式是采用单宽脉冲触发，即脉冲宽度大于60°、小于120°，一般取80°～100°，这样可以保证在第二个脉冲ug2来的时候，前一个脉冲ug1还没有消失，这样两只晶闸管VT1和VT2会同时有脉冲；另一种脉冲形式是采用双窄脉冲，即要求本相的触发电路在送出本相的触发脉冲时，给前一相补发一个辅助脉冲，两个脉冲相位相差60°，脉宽一般是20°～30°。如图1－34中，在给晶闸管VT3送出脉冲ug3的同时，又给晶闸管VT2补发了一个辅助脉冲u′g2。虽然双窄脉冲的电路比较复杂，但其要求的触发电路的输出功率小，可以减小脉冲变压器的体积。而单宽脉冲触发方式虽然可以少一半脉冲输出，但为了不使脉冲变压器饱和，其铁芯体积要做得大一些，绕组的匝数也要多，因而漏电感增大，导致输出的脉冲前沿不陡，这样对于多个晶闸管串联时是不利的。虽然可以利用增加去磁绕组的办法来改善这一情况，但这样又会使装置复杂化。所以两种触发方式中常选用的是双窄脉冲触发方式。

当α>0°时，输出电压波形发生变化，图1－35（a）、（b）分别是α＝60°、90°时所示的波形。由图中可见，当α≤60° 时，ud波形均为正值；当60° <α<90°时，由于电感的作用，ud波形出现负值，但正面积大于负面积，平均电压Ud仍为正值；当α＝90°时，正、负面积基本相等，Ud≈0。

通过上面的分析可知，整流输出电压的平均值为

由式（1－24）可知，当α＝0 时，Ud为最大值；当α＝90°时，Ud为最小值。因此三相全控桥式整流电路带大电感负载时的移相范围为0°～90°。

图1－35　三相桥式全控整流电路电压波形（α>0°）

（a）α＝60°；（b）α＝90°