优化三相全控桥式相控整流器的设计

时间：2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：图3-29 三相全控桥式晶闸管相控整流电路为了提高整流变压器的利用率，可以把共阴极接法的三相半波电路同共阳极接法的三相半波电路共用一个变压器向负载供电。在三相全控桥式晶闸管相控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，触发延迟角都是α，两组整流电压平均值相等，因而整流电压为三相半波时的两倍。

优化三相全控桥式相控整流器的设计

图3-29 三相全控桥式晶闸管相控整流电路

为了提高整流变压器的利用率，可以把共阴极接法的三相半波电路同共阳极接法的三相半波电路共用一个变压器向负载供电。如果它们的负载完全相同，触发延迟角α也相同，那么中性线中流过的电流I₀=I_d1-I_d2=0。若触发脉冲满足线路正常导通要求，切断中性线将两个负载参数合并，就成为三相全控桥式晶闸管相控整流电路，如图3-29所示。由于共阴极组在电源电压正半周期导通，流过变压器绕组的电流是正向电流，而共阳极组在电源电压的负半周导通，流过变压器绕组的电流是反向电流，因而在一周期中变压器绕组中没有直流磁动势，而变压器绕组的导通时间增加了一倍。

在三相全控桥式晶闸管相控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，触发延迟角都是α，两组整流电压平均值相等，因而整流电压为三相半波时的两倍。在电感性负载时有

U_d=2×1.17U₂cosα=2.34U₂cosα （3-66）

1.三相全控桥式相控整流电路工作原理

图3-30 三相全控桥式晶闸管相控整流电路电感性负载，当α=0°时的波形

三相全控桥式晶闸管相控整流电路如图3-29所示，设α=0°，大电感负载。整流电压、电流波形如图3-30所示。这些波形可根据三相半波晶闸管相控整流电路的基本原理进行分析。

α=0°时，晶闸管的触发脉冲应在自然换相点处发出。对共阴极组来说，哪相电位较其他两相高时，给该相上的晶闸管加上触发脉冲，该相上的晶闸管就导通；对共阳极组来说，哪相的电位较其他两相低时，给该相上的晶闸管加上触发脉冲，该相上的晶闸管就导通，为保证整流电流i_d有通路，在同一时刻必须保证两组中各有一个晶闸管导通。

在ωt₁～ωt₂区间，a相电位最高，b相电位最低，在自然换相点ωt₁处给VT₁、VT₆加触发脉冲，则VT₁、VT₆同时导通，这时电流由a相经VT₁流向负载，再经VT₆流入b相，变压器a、b两相工作，变压器a相电流为正，b相电流为负。负载上的电压为

u_d=u_a-u_b=u_ab

经过60°以后，进入ωt₂～ωt₃区间，这时a相电位仍最高，VT₁继续导通，但c相电位比b相低了，在ωt₂处触发VT₂使其导通，电流即从b相换到c相，VT₆因受反压而关断。这时电流通路为，从a相流出经VT₁后到负载，然后经VT₂回到c相。变压器a、c两相工作，负载上的电压为

u_d=u_a-u_c=u_ac

再经过60°以后，进入ωt₃～ωt₄区间，c相电位仍最低，VT₂继续导通。而b相电位比a相高了，在ωt₃处触发VT₃使其导通，VT₁受反压而关断，电流从a相换到b相。电流通路为，从b相流出，经VT₃到负载，然后经VT₂回到c相。变压器b、c两相工作，负载上的电压为

u_d=u_b-u_c=u_bc

依次类推，在ωt₄～ωt₅区间，VT₃、VT₄导通；在ωt₅～ωt₆区间，VT₄、VT₅导通；在ωt₆～ωt₇区间，VT₅、VT₆导通。到ωt₇～ωt₈区间晶闸管VT₁、VT₆再次导通后，又重复上述换相过程。

由于α=0°，对共阴极组而言，其输出电压为三相电源电压波形正半周的包络线，对共阳极组而言，其输出电压为三相电源电压波形负半周的包络线，而三相桥式电路总输出电压为线电压，将每个区间上下两个波形相减，得到的总输出电压u_d正好为三相线电压波形的包络线，如图3-30b所示。所以，如果用线电压波形来分析其工作原理，则省去波形叠加的麻烦，且更加直观。

由以上分析可以看出，共阴极组的三个自然换相点在相电压正半周交点，共阳极组的三个自然换相点在相电压负半周交点，这些点也正是线电压的交点，合起来就是线电压的六个自然换相点。

当α变化时，整流电压u_d的波形也随之变化，如图3-31、图3-32、图3-33所示分别为α=30°、60°、90°时的波形。

图3-31 电感性负载、α=30°时，三相全控桥式晶闸管相控整流电路的电压波形

图3-32 电感性负载、α=60°时三相全控桥式晶闸管相控整流电路的电压波形

由图看出，当α≤60°时，u_d波形均为正值，在电感负载下，当60°＜α＜90°时，u_d波形出现负值，但平均值仍然为正；当α=90°时，u_d波形正负面积近似相等，平均值为零；当α＞90°时，u_d波形出现断续，平均值总是近似为零。通过以上分析，得到三相全控桥式晶闸管相控整流电路的特点如下：

1）三相全控桥式相控整流电路在任何时刻必须有两个晶闸管同时导通，一个在共阴极组，一个在共阳极组，以便形成电流通路。

2）在结构上三相全控桥式相控整流电路就是两组三相半波电路的串联，晶闸管换相时在各自的组内进行。

3）每组内晶闸管的触发脉冲相互差120°，对整个三相全控桥式相控整流电路而言，各晶闸管的触发脉冲之间相位相差60°，即每隔60°有一对晶闸管换相，触发脉冲的顺序按图3-29中标号为1→2→3→4→5→6→1，依次循环。接在同一相上的两只晶闸管（如VT₁、VT₄）触发脉冲相位相差180°。(www.xing528.com)

4）为保证整流电路合闸后或电流断续后能正常导通，必须对两组当中应导通的一对晶闸管同时施加触发脉冲，即给某个晶闸管加触发脉冲的同时，给其前一号晶闸管补发一个脉冲。对同一个晶闸管来说，一周期内得到两次触发，一个主脉冲，一个补脉冲，间隔60°。这种触发方式称为双窄脉冲。另一种是使脉冲宽度大于60°（必须小于120°，一般取80°～100°），称为宽脉冲触发。使用宽脉冲触发时，为了不使脉冲变压器饱和，其铁心体积要大一些，绕组匝数也多一些。而双窄脉冲触发虽有补脉冲要求，但实现起来并不困难，同时也可减少触发器输出功率和脉冲变压器体积，因而应用较多。

5）整流输出电压u_d波形由线电压组成，每周期脉动六次，脉动频率为6×50Hz=300Hz，比三相半波时大一倍，脉动程度减小。

图3-33 电感性负载、α=90°时，三相全控桥式晶闸管相控整流电路的电压波形

图3-34 电阻性负载、α=90°时，三相全控桥式晶闸管相控整流电路的电压波形

三相全控桥式相控整流电路电流连续时，晶闸管导通角θ=120°，在电阻负载情况下，当α≤60°时，输出电压波形连续，因而电流波形也连续，θ=120°；当α＞60°时，线电压过零后，晶闸管阻断，电流波形断续。电阻负载α=90°时的波形如图3-34所示。一周期中每个晶闸管分两次导通，θ=2×（120°-α），当α=120°时，u_d=0。即电阻负载时，最大移相范围为120°。

2．整流电压与触发延迟角的关系

三相全控桥式晶闸管相控整流电路中，负载上的输出电压为三相线电压的某些部分，所以计算负载上的电压可从线电压着手计算。