三相整流上课用课件

1、 三相相控整流电路三相相控整流电路第一节三相半波相控整流电路第一节三相半波相控整流电路第二节三相桥式相控整流电路第二节三相桥式相控整流电路第三节整流电路的换相压降、外特性和直流电动机的机械特性第三节整流电路的换相压降、外特性和直流电动机的机械特性第五节晶第五节晶 闸闸 管管 相相 控控 触触 发发 电电 路路 第四节晶闸管的保护与容量扩展第四节晶闸管的保护与容量扩展第六节第六节触发脉冲与主电路电压的同步触发脉冲与主电路电压的同步脉冲变压器与防误触发措施脉冲变压器与防误触发措施一、三相半波（三相零式）不可控整流电路三相半波不可控整流电路第一节三第一节三 相相 半半 波波 相相 控控 整整 流流

2、电电 路路由三相变压器供电，也可直接接到三相四线制交流电网，二次相电压有效值为U2，线电压为U21，其表达式为三只整流管的阴极连在一起接到负载端，称为共阴接法，三个阳极分别接到变压器二次侧，变压器为三角形星形联结。直流平均电压值为将三相半波整流输出电压ud波形用富氏级数展开可得 其中直流分量即为输出电压的平均值d，最低次的谐波为三次谐波分量，其幅值为 U2，其纹波因数为o183 远比单相小。 整流输出电压ud和管子二端电压uD的波形在调试与维修时很有用，根据波形可判断各元件的工作是否正常以及故障出在何处。二、三相半波相控整流电路将整流管换成晶闸管即为三相半波相控整流电路。（一）电阻负载（二）大

3、电感负载输出直流电压为输出电流平均值为流过晶闸管的平均电流与有效电流分别为由于变压器二次侧流过晶闸管电流为120 o底宽的矩形波电流为：一次电流有效值I1为变压器一次、二次功率分别为 由上述计算可见，变压器一次电流与功率小于二次是由于二次电流存在直流分量的缘故。此时整流变压器的功率用平均值S来衡量为了扩大移相范围并使负载电流更平稳，可在大电感负载两端并接续流二极管。三、共阳接法三相半波相控整流电路在某些整流装置中，考虑能共用一块大散热器与安装方便采用共阳接法，缺点是要求三个管子的触发电路的输出端彼此绝缘。三相半波整流电路只需三只晶闸管，与单相整流相比，输出电压脉动小、输出功率大、三相负载平衡。

4、第二节三第二节三 相相 桥桥 式式 相相 控控 整整 流流 电电 路路为了克服三相半波电路的缺点，利用共阴与共阳接法对于整流变压器电流方向相反的特点，用一个变压器同时对共阴与共阳两组整流电路供电。一、三相桥式全控整流电路所以三相桥式电路实质上是三相半波共阴与共阳极组的串联。 a为三相桥式全控整流电路，变压器采用D y接线，负载串联大电感，b为o时的管子导通情况与波形。三相桥式全控整流电路对触发脉冲有特定要求。为了使六个晶闸管的触发导通顺序符合自然顺序，在三相电源正序情况下，编号为VT1、VT4管分别接A相(A相可任意指定但相序不能反)，VT3、VT6接B相，V T5、 V T2接 C 相 ，

5、这 样 触 发 脉 冲 与 管 子 导 通 的 顺 序 为123456，间隔为60o。 为了保证电路能启动工作和电流断续后能再触发导通，必须给对应导通的两个晶闸管同时加上触发脉冲。为此可采用两种触发形式。一种是宽脉冲触发，每一个脉冲的宽度大于60o通常取90o，使换相后脉冲出现时前脉冲还未消失，以保证换相点均有相邻两个管子被触发。当电路控制角（0o ，60o，90o ）时输出电压波形二、三相桥式半控整流电路三个共阳连接的整流管总在三相相电压波形负半周的自然换流点换流。使电流换到阴极电位更低的一相中去；而三个晶闸管则在脉冲触发点才能换流到阳极电位更高的一相中去。为使电路能起到续流效果，要选用正向

6、压降小的续流管，整流桥输出端与续流管之间的连线应短而粗，最好选择维持电流较大的晶闸管。第三节整流电路的换相压降、外特性和直流电动机的机械特性第三节整流电路的换相压降、外特性和直流电动机的机械特性图a）由于LB的存在，使得晶闸管的换流不能瞬时完成，在换相过程中会出现两条电路同时导电的所谓重叠导通现象。一、换相期间的输出电压换流期间输出直流电压为 由图可见此值为 式中的XB为变压器每相折算到二次侧的漏抗，此值可根据变压器的铭牌数值求得，U2e，I2e为变压器二次额定电压电流，Ud1为变压器短路电压比，一般为512。 二、相控整流电路的外特性 相控整流电路对直流负载来说是一个带内阻的可变直流电源。直

7、流输出电压为式中，d0cos为空载直流输出电压；i为整流桥内阻；三相半波电路电流只流过一个管子n取1，三相桥式n取2。三、晶闸管相控整流电路供电的直流电动机机械特性晶闸管相控整流电路供电的直流电动机调速系统，具有起动性能好、调速范围宽、动态和静态性能好等优点。此类调整装置应特别注意以下两个特殊问题：晶闸管电路输出的直流电压是脉动的，如主电路平波电感量不够大或电动机轻载或空载时均会出现电流不连续，而电流连续与不连续时电动机的机械特性差别很大。由于晶闸管的单向导电特性，整流装置的输出电流不能反向，因此当电机需要可逆运转时，必须用开关切换电机电枢成励磁，要求高的需增添另一套反向整流装置。（一）电流连

8、续时直流电动机的机械特性（二）电流断续时直流电动机的机械特性 1）机械特性变软，即电动机轴上负载转矩很小的变化能引起转速很大的变化。 晶闸管并联运行时，要采取适当的均压措施，以保证其安全正常工作。 三相半波可控整流电路中，如果三个晶闸管采用同一组触发装置，则的移相范围只有120。 有一可控整流电路，接上电阻性负载时能正常工作，接上感性负载后电路没有输出电压，这是由于晶闸管的触发电压宽度不够。2）理想空载转速no升高。no是指电动机电流Id为零时的转速。（三）临界电流IdK与平波电抗的选择 机械特性上断续与连续交界点的电流值称临界电流，用IdK表示图中弧形虚线即为临界线。第四节晶闸管的保护与容量

9、扩展第四节晶闸管的保护与容量扩展由于晶闸管的击穿电压接近工作电压，热容量小，承受过电压与过电流的能力很差，短时间的过电压、过电流都可能造成晶闸管的损坏。 一、过电压保护根据产生的原因过电压可分两类：开、关过电压与雷击干扰过电压。研究过电压保护主要是了解过电压产生的原因与特性，采取适当的保护措施，使电路开关时出现的过电压限制在晶闸管额定电压范围内，使浪涌干扰过电压限制在晶闸管断态正反向不重复峰值电压UDSM、URSM值以下，保证装置正常工作。 （一）晶闸管关断过电压及其保护这个电动势与外电压串联，反向加在已恢复阻断的晶闸管上，此过电压值可达工作峰值电压的56倍。对于这种尖峰状的瞬时过电压，常用的

10、方法是晶闸管两端并接电容，利用电容电压不能突变的特性吸收尖峰过电压，把它限制在允许范围内。阻容参数（二）交流侧过电压及其保护 交流侧电路在接通、断开时会出现过电压，通常发生在下列几种情况：由高压电源供电或电压比很大的变压器供电，在一次侧合闸瞬间，由于一、二次绕组之间存在分布电容使高压耦合到低压出现过电压。解决办法是在单相变压器二次侧或三相变压器二次侧星形中点与地之间并联o5F左右电容，也可在变压器一、二次绕组间加屏蔽层。与整流装置并联的其它负载或装置直流侧断开时，因电源回路电感产生感应电动势造成过电压。整流变压器空载且电源电压过零时一次侧断电，因变压器励磁电流突变导致二次侧感应瞬时过电压。一般

11、来说，开关速度越快过电压越高。 带平衡电抗器三相双反星形可控整流电路中，每只晶闸管中流过的平均电流是负载电流的1/6。 晶闸管的正向阻断峰值电压，即在门极断开和正向阻断条件下，可以重复加于晶闸管的正向峰值电压，其值低于转折电压。 直流斩波器可以把直流电源的固定电压变为可调的直流电压输出。 常用的脉冲输出方式一般有直接输出和脉冲变压器输出。 晶闸管触发电路的脉冲前沿要陡，前沿上升时间不超过10s。（三）过电压保护器件对于电网遭受雷击或从电网侵入的干扰过电压称为偶发性浪涌电压，要求高的场合通常采用阀型避雷器。目前已大量采用压敏电阻等非线性元件，它是以氧化锌为基体的金属氧化物，有两个电极，极间充填有

12、氧化铋等晶粒。正常电压时晶粒呈高阻态仅有100A左右的漏电流，过电压时引起电子雪崩呈低阻使电流迅速增大吸收过电压。压敏电阻具有伏安特性。主要参数为：漏电流为m时的额定电压值e亦称1mA ，残压比为放电电流达规定值IY时的电压UY与1mA之比。允许通流容量为规定脉冲波形下允许通过的最大冲击电流。TVS具有单向与双向保护两种形式，接线形式与压敏电阻相同，有时产品用稳压管符号来表示。二、过电流保护晶闸管装置可能采用的几种过电流保护措施1）串接交流进线电抗或采用漏抗大的整流变压器，利用电抗限制短路电流。2）电流检测和过流继电器3）直流快速开关4）快速熔断器变流装置中大多采用几种过电流保护，各种保护必须

13、选配调整恰当，快熔作为最后保护措施，非不得已希望不要熔断。三、电压及电流上升率的限制（一）电压上升率dudt的限制晶闸管阻断时，其阳阴极之间相当一个结电容，当突加正向阳极电压时会产生充电电流，此电流流过门极相当于触发电流可能导致晶闸管误导通。因此对管子的最大正向电压上升率必须加以限制，如100A以上的KP型晶闸管允许断态电压临界dudt值为100Vs。在有整流变压器的装置中，由于变压器漏感与管子两端阻容吸收电路的作用，加到管子的dudt值不会太大，在无整流变压器时可串入交流进线电抗，也可在每整流桥臂串入桥臂电感(2030)或在桥臂上套入12个铁淦氧磁环。（二）电流上升率（didt）的限制晶闸管

14、开通时，如阳极电流上升太快，使电流来不及扩展到整个管子的PN结面，造成门极附近因电流密度过大而烧毁，故必须限定晶闸管的通态电流临界didt值，如KP100管子其值为50A s。四、晶闸管的容量扩展（1）晶闸管串联并接均压电阻j是防止静态不均压的有效方法，图b为均压电阻连接，j值按下式选取均压电阻功率可按下式估算式中 Um器件承受正反向峰值电压； n串联器件数； KRj系数，单相为025，三相为045，直流为1。由于晶闸管两端的阻容吸收电路在串联时可起动态均压作用，故不必再另接电阻电容。（2）晶闸管并联器件并联，若一个管子先导通且管压降较低时，可能导致其它并联管子不能触发导通，使先导通的管子承担

15、全部电流而烧毁。因此必须采用强触发，提高触发脉冲前沿以缩短管子开通时间，达到尽量保持导通一致。因此，非不得已最好不采用管子并联的做法。第五节晶第五节晶 闸闸 管管 相相 控控 触触 发发 电电 路路 一、同步电压为正弦波的触发电路根据信号叠加的方式可分为串联叠加与并联叠加。串联叠加是各信号串联为电压相加进行控制。并联叠加控制是各控制信号并联为电流叠加，为了减小各信号间的相互影响，要求各信号提供电流呈恒流特性。因此并联叠加可变换成串联电压叠加，但并联叠加各控制信号可有公共接点，由于各信号串入大电阻，信号间相互影响小。因此调节（R4）即可调节脉宽，通常在三相全控电路中脉宽调至90o，各点波形如 ：

16、由上述触发电路送出的触发脉冲只能在正弦波同步电压单调上升段范围内移相，为了保证在晶闸管需要的时刻收到触发脉冲而导通，触发电路引入的同步电压必须与被触发晶闸管的阳极电压之间保持严格的相位关系。由此可见，对于NPN晶体管组成的正弦波同步触发电路，要求电路工作在整流与有源逆变两种状态时，每只晶闸管触发电路的同步电压US，滞后被触发晶闸管的阳极电压120o，晶闸管VTl到VT2依次相差60o，对应触发电路的同步电压也依次相差60o，总之必须一一对应，这样才能保证六个晶闸管的控制角一致。 同步电压与晶闸管阳极电压之间要求的特定相位关系，可通过同步变压器的不同连接来实现。正弦波同步触发电路的优点是整流输出

17、电压与控制电压成正比关系即dc，电路可看成一个线性放大器。该触发电路还能部分补偿交流电压波动对直流电压的影响。可增设最小控制角min与最小逆变角min限制信号U1和U1，电路和合成波形。 二、同步电压为锯齿波的触发电路1锯齿波形成、同步移相环节电路各点的波形：2脉冲形成放大环节3其它环节（1）强触发 晶闸管采用强触发可缩短开通时间，提高管子承受电流上升率的能力，有利于改善串并联元件的动态均压与均流，增加触发的可靠性。因此在大中容量系统的触发电路都带有强触发环节。（2）双脉冲形成 对于三相全控桥整流电路触发必须采用宽脉冲或双窄脉冲，本电路采用内双脉冲，由V5、V6管构成一个“或”门，不论哪个管子

18、截止，电路即输出触发脉冲。为了得到双脉冲，六个触发电路的x、Y端可按图方式连接。需要特别注意：使用这种触发电路的晶闸管装置，要求三相电源有确定的相序。在新装置安装使用时，必须先测定电源的相序，按照装置要求正确连接，才能正常使用。（3）脉冲封锁 在事故情况下或在可逆逻辑无环流系统，要求一组晶闸管桥路工作，另一组桥路封锁，这时可将脉冲封锁引出端接零电位或负电位，晶体管V7、V8就无法导通触发脉冲无法输出。三、集成触发器和数字式移相触发电力电子器件及其门控电路的集成化和模块化是电力电子技术的发展方向，其优点是体积小，功耗低，调试接线方便、性能稳定可靠。（一）KC04移相集成触发器引出管脚顺序由缺口开

19、始，按逆时针方向排列。它与分立元件组成的锯齿波同步触发电路一样，由同步信号、锯齿波产生、移相控制、脉冲形成和整形放大输出等环节组成。KC04移相触发器主要用于单相或三相全控桥式装置，其主要技术数据如下： 电源电压：DC15V允许波动5电源电流：正电流15mA，负电流8mA移相范围：170o (同步电压30V，R415k)脉冲宽度：400s2ms 脉冲幅值：13V最大输出能力：100mA正负半周脉冲相位不均衡范围：3o环境温度：1070 （二）KC41C六路双脉冲形成器KC41C与三块KC04(KC09)可组成三相全控桥双脉冲触发电路，内部电路与外部接线。由三块KC04、一块KC41C可组成触发

20、组件，用于三相桥式全控变流器的触发。 （三）数字式移相触发器数字式移相触发电路的工作原理框图利用专用芯片进行直接数字控制已较普遍采用，其控制灵活便于实现生产过程的自动化，构成的数字移相触发器其三相对称精度可达75o15o。第六节第六节触发脉冲与主电路电压的同步触发脉冲与主电路电压的同步脉冲变压器与防误触发措施脉冲变压器与防误触发措施一、同步的概念触发脉冲必须在管子阳极电压为正时的某一区间内出现，晶闸管才能被触发导通。 正确选择同步信号电压相位以及得到不同相位同步电压的方法，称为晶闸管电路的同步或定相。三相桥式全控整流电路来说明：当脉冲移相范围要求较小时，如正弦波移相电路为了避免同步电压顶部过于

21、平坦，交点不明确导致电压不稳定，可选择线性较好的工作段，将同步信号电压USB前移30o。 二、实现同步的方法 晶闸管整流装置是通过三相同步变压器不同连接方式或配合阻容滤波产生的移相效应，得到要求相位的同步电压。三相变压器绕组可接成星形或三角形。三相同步变压器12种接法与钟点表示： 晶闸管整流电路中“同步”的概念是指触发脉冲与主电路电源电压频率和相位上具有相互协调配合的关系。 单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差180。 晶闸管触发电路中，若改变控制电压的大小，则输出脉冲产生相位移动，达到移相控制的目的。 三相半波可控整流电路带电阻负载时，其触发延迟角的移相范围是0-150。 三相

22、半波可控整流电路带电阻负载时，若触发脉冲加于自然换相点之前，则输出电压将出现缺相现象。实现同步的具体步骤如下： 1）根据不同触发电路与脉冲移相范围的要求，确定同步信号电压US与对应晶闸管阳极电压之间的相位关系。 2）根据整流变压器TR的接法与钟点数，以电网某线电压作参考矢量，画出整流变压器二次侧也就是晶闸管阳极电压的矢量位置，再根据步骤）确定的US与晶闸管阳极电压的相位关系，画出对应的同步相电压与线电压矢量。3）根据同步变压器一次、二次线电压位置，定出同步变压器TS的钟点数与接法。 三、脉冲变压器触发电路常通过脉冲变压器输出触发脉冲。脉冲变压器有以下作用：阻抗匹配，降低脉冲电压增大输出电流，更

23、好触发晶闸管；可改变脉冲正负极性或同时送出两组独立脉冲；将触发电路与主电路在电气上隔离，有利于防干扰更安全。1）由于传递单向脉冲，铁心中磁通密度变化为BmBr，比交流电压小得多。因此铁心截面应适当选大一些，材料应采用冷轧硅钢片或坡莫合金、铁淦氧，设计时Bm通常取8B。为了减小Br，可使铁心留有一点气隙。 2）矩形脉冲陡削的前后沿在谐波分析中相当于高次谐波分量，可通过减少线圈圈数，一次、二次绕组并绕或一次绕组分段绕制二次绕组嵌在中间等办法。四、防止误触发的措施1）门极电路采用金属屏蔽线并将屏蔽层可靠接“地”。 2）控制线与大电流线分开走线，触发控制部分用金属外壳单独屏蔽，脉冲变压器尽量靠近晶闸管门极，装置的接零与接壳分开。 3）在晶闸管门阴极间并接001 01F的小电容可有效吸收高频干扰，要求高的场合可在门阴极间设置反向偏压。4）采用触发电流大即不灵敏的晶闸管，面触发信号为大信号强触发。 三相半波可控整流电路带电阻负载时，当触发延迟角大于30度时输出电压波形开始断续。 在三相半波可控整流电路中，当负载为电感时，在一定范围内负载电感量越大，则导通角越大。 在需要直流电压较低、电流较大的场合，宜采用带平衡电抗器三相双反星形可控整流电源。 带平衡电抗器三相双反星形可