变压器漏抗对晶闸管相控整流电路的影响分析

在前面讨论计算相控整流电路输出电压时，都忽略了交流电源的内阻抗的影响，认为在换相过程中，导通的晶闸管电流可以从零跃升至稳态值I_d。而实际上变压器总存在一定的漏电感，交流回路也总有一定的自感，把所有这些电感都折算到变压器的二次侧，用一个集中的电感L_B来代替，由于电感L_B要阻止电流的变化，因此换相是不能瞬时完成的。

1.换相期间的输出电压

在此以三相半波相控整流电路为例，但是分析的方法和所得到的结论具有普遍性，可以推广到m相电路。图3-41所示为考虑变压器漏抗的相控整流电路及其电压、电流波形。

图3-40 12相晶闸管相控整流电路的输出电压波形

图3-41 考虑变压器漏抗的晶闸管相控整流电路及其电压、电流波形

由于变压器存在漏抗X_B=ωL_B，使电路换相时电流不能突变。例如从a相换到b相时，a相电流从I_d逐渐减小到零，而b相电流则从零逐渐增大到I_d，这个过程叫做换相过程。换相过程所对应的时间以相角计算，称为换相重叠角，用γ表示。在换相重叠期间，a、b两相同时导通，相当于a、b两相线间短路。u_b-u_a为两相之间的电位差瞬时值，称为短路电压，在两相漏抗回路中产生一个假想的短路电流i_K，如图3-41a中虚线所示（实际上每相晶闸管都是单相导电，相当于在原有电流上叠加一个i_K）。a相电流i_a=I_d-i_K，随着i_K的增大而逐渐减小；b相电流i_b=i_K，将逐渐增大。当i_b增大到I_d时，i_a下降到零，完成换相过程。换相期间，短路电压为两个漏抗电动势所平衡，即

输出电压u_d为

它说明在换相过程中，整流电压既不是u_a，也不是u_b，而是这两相电压的平均值。

2.换相压降Δu_d的计算

图3-41b给出了换相时u_d的波形，与不考虑漏抗时（γ=0°）相比，少了一块如图中所示阴影部分的面积，使输出电压平均值U_d减小。这块面积是由负载电流I_d的换相过程所引起的，因此这块面积的平均值也就是I_d引起的压降，称为换相压降，用ΔU_d表示，即

对于其他形式的相控整流电路，式（3-80）可写成一般形式为(www.xing528.com)

式中，m为相数或一个周期的波头数，三相半波电路m=3，三相桥式电路m=6；X_B=ωL_B相当于漏抗为L_B的变压器每相折算到二次绕组的漏抗，可由变压器铭牌求出，即u_r%。u_r%表示变压器的短路电压比，一般为5%～12%（整流变压器比一般变压器要大些）。

由式（3-81）可知，换相压降正比于负载电流I_d，这相当于整流电源内阻增加，其数值为，但增加的这个内阻并不消耗有功功率，只在负载电流增加时使整流输出平均电压U_d降低。

3.换相重叠角γ的计算

在图3-41b中，如果以a、b自然换相点为坐标原点，则

由式（3-78）知

代入初始条件ωt=α时，i_K=0得

当ωt=α+γ时，i_a=0。由式（3-83）可得

对于三相桥式相控整流电路，应有

对于某一已定线路，U₂、X_B均为已知的常数，只要给定负载电流I_d和触发延迟角α，就可以计算出重叠角γ。当α一定时，γ随I_dX_B的增加而增加，这是因为I_dX_B增加意味着L_B储存的能量增加，原来导通的晶闸管只有在L_B储能放尽时才能关断，所以换相时间加长。当I_dX_B一定时，γ随α增加而减小，这是因为α越大，相邻两相电压差越大，势必使di_K/dt增大，短路电流i_K上升快，达到I_d的时间就短些。