三相半波桥式全波整流及六脉冲整流电路

1、1.三相半波桥式(全波)整流及六脉冲整流电路相半波整流滤波当功率进一步增加或由于其他原因要求多相整流时，三相整流电路就被提了出来。图 1 所示就是三相半波整流电路原理图。在这个电路中，三相中的每一相都和单独形成了半波120o整流电路， 其整流出的三个电压半波在时间上依次相差叠加，并且整流输出波形不过 0 点，其最低点电压式中Up 是交流输入电压幅值。并且在一个周期中有三个宽度为 120o 的整流半波。因此它 的滤波电容器的容量可以比单相半波整流和单相全波整流 时的电容量都小。图 1 三相半波整流电路原理图2.三相桥式(全波)整流滤波图 2所示是三相桥式全波整流电路原理图。图 3是它们的整 流波

2、形图。图3(a)是三相交流电压波形；图 3(b)是三相半波 整流电压波形图；图 3(c)是三相全波整流电压波形图。在输 出波形图中，N粗平直虚线是整流滤波后的平均输出电压值， 虚线以下和各正弦波的交点以上(细虚线以上)的小脉动波 是整流后未经滤波的输出电压波形。图 2 三相桥式全波整流电路原理图 由图 1和图 2 可以看出，三相半波整流电路和三相桥式全波 整流电路的结构是有区别的。1) 三相半波整流电路只有三个整流二极管，而三相全 波整流电路中却有六只整流二极管； (2) 三相半波整流电路需要输入电源的中线，而三相全波整 流电路则不需要输入电源的中线。由图 3 可以看出三相半波整流波形和三相全

3、波整流电路则不 需要输入电源的中线。图 3 三相整流的波形图相半波整流波形的脉动周期是 120o 而三相全波整流波形的脉动周期是 60o ；相半波整流波形的脉动幅度和输出电压平均值：三相半波整流波形的脉动幅度是：式中(1)U 脉动幅度电压； Up 是正弦半波幅值电压，比如有效值为 380V 的线电压，其半波幅值电压为：那么其脉动幅度电压就是：输出电压平均值 Ud 是从 30o150o 积分得，式中Ud 输出电压平均值；UA 相电压有效值。如果滤波后再经电容滤波，则输出电压就接近于幅值 三相全波整流波形的脉动幅度是：输出电压平均值 Ud 是从 60o120o 积分得：UAB=2.34 UA=51

4、4V(4)式中Ud 输出电压平均值，UAB 线电压有效值。如果滤波后再经电容滤波，则输出电压就接近于幅值Up。由上面的计算还可以看出，三相全波整流比三相半波整流优 越得多，三相全波整流用比半波整流小得多的电容器就可以 达到最大值 Up 。因此， UPS 的输入整流器中都采用了三相全波整流电路。3.三相 6 脉冲整流器面的三相全波整流是不稳压的， 因此在 UPS 中都用晶闸管整流器（简称晶闸管）代替了二极管整流器，如图4 所示。图 4 三相桥式 6 脉冲全控整流电路原理图图中的晶闸管整流器 VS 和二极管整流器 VD 的工作方式有很大区别。1)极管整流器 VD 阳极和阴极之间的正向电压只要大于其

5、 PN 结的势垒电压，二极管就导通。而晶闸管整流 器 VS ，在其控制极没有触发信号加上时，只要其阳极和阴 极之间的正向电压不大到把管子击穿，那么它就不导通。晶闸管整流器 VS 的导通条件有： 阳极和阴极之间的正向电压。对于二极管整流器来说， 这个电压只要在 0.7V 左右时，就开始导通了；而晶闸管 般规定在 6V 以上。 控制极触发信号电压。晶闸管一般都用脉冲触发，要 求这个电压脉冲要有一定的幅度和宽度，没有一定的幅度就 不能抵消 PN 结的势垒电压，没有一定的宽度就不能有足够 的时间使导通由一点扩散到整个 PN 结。一般要求幅度为 35V，宽度410卩S,触发电流5300mA。维持电流。

6、是指可以维持晶闸管整流器 VS 导通的最小电流，一般对 20A 到 200A 的晶闸管来说，规定其维持电流 小于 60mA。 擎住电流。是指晶闸管被打开而控制极触发信号电压 消失后，可以维持继续导通的最小电流，这个电流一般是维 持电流的若干倍。(3)控制角a与导通角e为了表征晶闸管对交流电压的控制行为而引出了这两个参量。图 5所示是控制角a 与导通角e的关系。下面就对它们的含义进行讨论。图5控制角a与导通角e的关系 控制角a。当交流正半波加到晶闸管上时，就具有了使晶 闸管导通的基础条件，什么时刻给晶闸管控制极加触发信号 使其开通呢？从交流正弦波过 O 开始，一直到晶闸管被触发导通（时间b）的这

7、段晶闸管不导通的时间 Ob，称为控制角，用a表示。由于晶闸管开启很快，一般是小于1卩S,故认为加触发信号的时间就是晶闸管被打开的时间，即一般都把开 启时间忽略不计。导通角 e 。由于晶闸管的开启是一个正反馈过程，故打开后就不能自动关断，这个导通过程要一直延续到电压过0，把从开启到截止这段时间称为导通角，用表示。UPS 中的输入整流器就是利用对上述这两个参量的控制来实现稳压的。一般称这种控制为“相控” 。很明显，在这里a + P =1800,就是说只要知道这两个参数中的一个，另一个也 就知道了。4. 六相全波整流和 12脉冲整流器六相全波整流及12脉冲整流器在一些 UPS中为了提高输入功率因数或

8、者提高功率容量，就采用了六相全波整流即12脉冲整流。实际上，在 UPS 中都采用的六相全波相控整流，也就是通常所说的 12 脉冲整流。既然是 12脉冲，就说明了 两个问题：一个是采用了 12 只晶闸管,一个是 6 相输入电 源。图 6 12 脉冲整流电路 图 6 所示是 12 脉冲整流电路。不难看出，两个整流器的结 构一模一样，都是三相 6 脉冲整流，不同的是两个整流器输 入变压器的结构不同,一个变压器绕组是“ Y ”型连接,个变压器绕组是“ ”型连接。这样连接的结果就使二者的电压相位差为300,也即整流脉动的最大宽度是300。由此得出多相整流时的最大脉动宽度（即晶闸管导通时间e）表达式为：其

9、中P为控制脉冲数，比如6脉冲时是600,12脉冲时是300, 18脉冲时是 200，24脉冲时是 1 50等等，脉动周期越小，其 整流输出电压越高、越接近交流电压峰值,其表示式为在区 间的积分：对于12脉冲半波整流来说，当 a =0时,这已是 220V 相电压的峰值； 若是 12 脉冲全波整流， 其值为：当a =0时其整流电压：Ud=618V 图中两个一样的整流器输出是通过各自的扼流圈后进行并 联的，目的是使二者的输出电流均衡，因为两个整流器虽然样，但它们的内阻决不会一样，就会造成输出电流的不均 衡。因此，扼流圈的阻抗值要远远大于整流器的内阻，即整 流器的内阻和扼流圈的阻抗相比可以忽略不计。由

10、上面可知，整流相数越多，其整流输出电压的脉动频率越 高，脉动幅度越小，脉动系数就越小。输出纹波就越低，纹 波系数也就越小。图 7 给出了 12 脉冲整流时的波动和多相 半波整流时平均值接近峰值的情况。图 7 12 脉冲整流时的波动和多相半波整流时平均值接近峰 值的情况面也给出脉动系数和纹波系数的表达式： 脉动系数：纹波系数：为了有一个量的概念，表 1 给出了半波整流输出电压的脉动 系数、纹波系数和整流相数 P 的关系。由表中可以看出：三相全波（半波 6 相）整流比单相全波（半波 2 相）整流时的 麦冬系数和纹波系数小得多， 比后者的 1/10 还小， 当然加在 后面的滤波电容也就小得多， 这也就是为什么当