三相交流调压器的工作原理和应用场景

若把三个单相交流调压电路接在对称的三相电源上，让其互差2π/3相位工作，则构成了一个三相交流调压器。三相交流调压器主电路的连接形式繁多，常见的有如图5-7所示的几种。

图5-7 三相交流调压器主电路的连接

a）带中性线星形联结 b）无中性线星形联结 c）负载与晶闸管串联的三角形联结 d）晶闸管三角形联结 e）三相半控星形联结

图5-7a为带有中性线的星形联结，每个单相交流调压电路分别接在自己的相电源上，每相的工作过程与单相交流调压电路完全一样。各相电流的所有谐波分量都能经中性线流通而加在负载上。由于三相中的3倍频谐波电流的相位相同，因此它们在中性线中将叠加而使中性线流过相当大的三次谐波电流，这会给电源变压器及其他负载带来不利的影响，故很少采用。

图5-7b为无中性线的星形联结，它的波形正负对称，负载中及线路中都无三次谐波电流，因此得到广泛的应用。

图5-7c为三角形联结，每个带负载的单相交流调压电路跨接在线电压上，每相工作时的电压电流波形也与单相交流调压电路相同，但3及3倍频的谐波电流在线电流中无法流通，而在三角形内自成环流流通，故线电流中将不出现3及3倍频的谐波电流。但负载必须是3个独立的线路，要有6个线头引出才能应用。

图5-7d、e两种电路的优点是所用的晶闸管只要3只，但其缺点是电压、电流的正负半周不对称，谐波分量大。

下面就以典型的Y联结三相交流调压电路为例分析其工作原理，主要分析电阻负载时的情况。

三相交流调压器对触发脉冲的要求与三相全控桥式整流电路完全相同，即采用双窄脉冲或宽脉冲触发，触发脉冲顺序也是VT₁～VT₆，依次相差60°，三相的触发脉冲应依次相差120°，同一相的两个反并联晶闸管触发脉冲应相差180°。

为分析图5-8的工作原理，首先要确定触发脉冲起始控制点，把图中的晶闸管换成二极管后可以看出，电阻负载时相电流和相电压同相位，且相电压过零时刻开始，相应的二极管便开始导通。因此把相电压过零点定为α=0°点。这点与三相全控桥式整流电路不同，由于三相全控桥式整流电路任何时刻最多只能有两个晶闸管导通，因而，α=0°定在自然换相点。

三相交流调压器中，有3个晶闸管同时导通的时候。所以，不论是单相还是三相调压器，α=0°点都是定在电压过零时刻。三相三线电路中，两相间导通时是靠线电压导通的，而线电压超前相电压30°，因此，α的移相范围是0°～150°。

图5-8 电阻负载Y联结的三相交流调压器

交流调压器是靠改变施加到负载上的电压波形来实现调压的，因此分析得到负载电压波形是最重要的。对Y联结的三相交流调压器中的一相来说，只要两个晶闸管之中有一个导通，则该支路是导通的。从三相来看，任何时候电路只可能是下列三种情况中的一种：①三相全不通，调压器开路，每相负载的电压都为零；②三相全导通，调压器直通，则每相负载的电压是所接相的相电压，称为第一类工作状态；③其中两相导通，在电阻负载时，导通相负载上的电压是该两相线电压的1/2，非导通相负载的电压为零，称为第二类工作状态。在电动机类负载时，则可由电动机的约束条件（电机方程）来推得各相的电压值。因此，只要能判别各晶闸管的通断情况，就能确定该电路的导通相数，也就能得到该时刻的负载电压值，判别一个周波就能得到负载电压波形，根据波形就可分析交流调压器的各种工况。

下面分析几个不同触发延迟角α时的工作情况。

（1）触发延迟角α=0°(www.xing528.com)

图5-9所示为α=0°时的电压波形。晶闸管触发信号在各相电压的自然过零点给出，任何时刻每相均有一个晶闸管导通，三相电压直接接到三相电阻R上，电压、电流及所有晶闸管的导通都是三相对称的。三相电源的中性点O与三相负载的中性点O′电位相等。所以处于第一类工作状态。此时，线电流峰值i_M1等于相电压峰值除以电阻R，即

式中，U_L为线电压有效值。

（2）触发延迟角α=60°

图5-9 电阻性负载Y联结三相交流调压器α=0°时的波形

图5-10a所示为α=60°时的电压波形。图中α=60°时VT₁开始触发导通。此后每延迟60°，VT₂至VT₆依次开始导通。VT₁导通120°后，到ωt≥180°时，VT₃开始导通，此时，由于u_ab＜0，故VT₁立即截止，又VT₄的触发脉冲尚未到达，故a相停止导电，所以a相正半波电流i_a仅在60°≤ωt≤180°的120°期间存在。在VT₁和VT₆导通期间Ⅰ，，在随后的VT₁和VT₂导通期间Ⅱ，。同理在240°≤ωt≤360°的120°期间VT₄导通，此时，i_a为负。因此a相电流是120°宽的交流电流波。同理i_b、i_c都是120°宽的交流电流波。每个晶闸管对称的导通120°，任何时刻仅有两相、两个晶闸管同时导通。因此α=60°时，调压器工作在第二类工作状态。此时，线电流的峰值i_M2为

（3）触发延迟角α=120°

图5-10b所示为α=120°时的电压波形。图中α=120°时VT₁开始触发导通。此后每延迟60°，VT₂至VT₆依次开始导通。VT₁导通30°区间Ⅰ中，VT₁、VT₆导通，电压为u_ab，。30°以后，u_ab＜0，VT₆受反压关断，u_ac虽然为正值，但在VT₂触发脉冲尚未到达区间Ⅱ（30°）中，VT₂不导通，i_a形成不了回路，i_a=0。在随后的区间Ⅲ（30°）中，VT₁、VT₂导通，电压为u_ac，。电流波形在半周期的120°期间有两个断续的脉动电流。

根据不同触发延迟角α时电路的工作情况，通过对其波形分析可以得出：α＜30°时处于第一类工作状态；α=30°是第一类与第二类工作状态的临界点；30°＜α＜60°时，每隔30°交替地出现第一类和第二类工作状态；α≥60°时，全部变为第二类工作状态；α＞90°时，电流开始出现断流；α≥150°时，电路不能工作。所以本电路脉冲移相范围是0°≤α≤150°。

当三相负载为电感性负载时，也就是φ＞0°时的情况，分析与处理办法与单相相同，其工作过程和波形可自行分析。

图5-10 α=60°和α=120°时晶闸管的导通情况与电流波形

a）α=60° b）α=120°