三相可控整流电路设计的介绍

当负载容量较大或要求直流电压脉动较小时，三相整流电路应用最广。

1.三相半波可控整流电路

1）电阻负载

如图2.31 所示，变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3 次谐波流入电网，三个晶闸管分别接a、b、c 三相电源，其阴极连接在一起——共阴极接法。

α=0°时的工作原理分析：

假设将电路中的晶闸管换作二极管，成为三相半波不可控整流电路。此时，相电压最大的一相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压。

在ωt1～ωt2期间，VD1导通，ud=ua在ωt2～ωt3期间，VD2导通，ud=ub在ωt3～ωt4期间，VD3导通，ud=uc二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角α的起点，即α=0°。

负载电压和晶闸管VT1的电流波形如图2.31 （d）和图2.31 （e）所示。

晶闸管承受的电压波形，由3 段组成： 第1 段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为uT1=0 V； 第2 段，在VT1关断后，VT2导通期间，uT1=ua-ub=uab，为一段线电压； 第3段，在VT3导通期间，uT1=ua-uc=uac为另一段线电压，增大α值，将脉冲后移，整流电路的工作情况将相应地发生变化。α=30°时的负载电流处于连续和断续之间的临界状态。当α>30°时，负载电流断续，晶闸管导通角小于120°，图2.32 （a）所示为α=60°时的波形。

图2.31　三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及α=0°时的波形

电阻负载时，α角的移相范围为150°，整流电压平均值的计算如下：

（1）当α≤30°时，负载电流连续，各晶闸管每周期导通120°，Ud=1.17U2cos α，其中U2为变压器二次相电压有效值，当α=0 时，Ud最大，其值为Ud=1.17U2。

（2）当α>30°时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：

Ud/U2随α变化的规律如图2.32 （b）中的曲线1 所示。

负载电流平均值为

由于晶闸管是交替工作的，所以流过每个晶闸管的平均电流IdT为负载平均电流的三分之一。

流过晶闸管的电流有效值，当α=0°时为

图2.32

（a）三相半波电阻负载，α=60°时的波形； （b）三相半波电路Ud/U2与α的关系

晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次线电压峰值，即

由于晶闸管阴极与零点间的电压为整流输出电压ud，其最小值为零，而晶闸管阳极与零点间的最高电压等于变压器二次相电压的峰值，因此晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压的峰值。

2）阻感负载

特点： 阻感负载，L 值很大，id波形基本平直。

当α≤30°时，整流电压波形与电阻负载时相同；

当α>30°时，u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断——ud波形中出现负的部分阻感负载时，其移相范围为90°，如图2.33 所示。(www.xing528.com)

数量关系：

Ud/U2与α成余弦关系，Ud=1.17U2cosα，如图2.32 （b）中的曲线2 所示。

如果负载中的电感量不是很大，则当α>30°时，ud中负的部分减少，Ud略为增加，Ud/U2与α的关系将介于曲线1 和2 之间。变压器二次电流，即晶闸管电流的有效值

晶闸管的额定电流为

晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值，其关系为

图2.33 中id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。

三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，因此其应用较少。

图2.33　三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及α=60°时的波形

2.三相桥式全控整流电路

1）主电路分析

图2.34　三相桥式可控整流电路图

三相桥式可控整流电路由阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）和阳极连接在一起的3 个晶闸管（VT4、VT6、VT2）组成。若将如图2.34 所示的晶闸管换成电力二极管，即成为不可控整流电路，不可控整流电路的工作原理相当于可控整流电路当触发角α=0°时的情况，下面主要分析带电阻负载的可控整流电路在触发角α=0°时的工作情况。图2.35 所示为三相桥式整流电路带电阻负载时的波形。

假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析，对于共阴极组的3 个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通； 对于共阳极组的3 个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1 个晶闸管处于导通状态。从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时，ud1为相电压的正包络线； 共阳极组导通时，ud2为相电压的负包络线，ud=ud1-ud2是两者的差值，为线电压。在正半周的包络线直接从线电压波形看，ud为线电压中的最大值，因此ud波形为线电压的包络线。

图2.35　三相桥式整流电路带电阻负载时的波形

三相桥式全控整流电路的特点是：

（1）每个时刻都有2 个功率管同时导通，形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各有1 个功率管导通，且不能为同相器件。

（2）对触发脉冲的要求： 按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序导通，相位依次相差60°。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次相差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次相差120°，同一相的上、下两个桥臂，即VT1与VT4、VT3与VT6、VT5与VT2的脉冲相差180°。

三相桥式全控整流电路晶闸管导通情况如表2.1 所示。

表2.1　三相桥式全控整流电路晶闸管导通情况

2）三相桥式整流电路的电压与电流

三相桥式整流电路的输出电压为三相半波时的两倍，在感性负载时：

式中，U2为变压器二次相电压有效值。

变压器二次电流即晶闸管电流的有效值与三相半波时相同

晶闸管的额定电流为