交流-直流变换电路(含有源逆变电路)-1

2.3三相半波可控整流电路

单相可控整流电路元件少，线路简单，但其输出电压的脉动较大，同时由于单相供电，引起三相电网不平衡，故仅适用于小容量设备。当设备容量较大，要求输出电压脉动较小时，则多采用三相可控整流电路。三相可控整流电路有三相半波可控整流电路、三相桥式可控整流电路等多种形式。其中三相半波可控电路是多相整流电路的基础，而三相桥式整流电路可以看作三相半波可控电路不同形式的组合。根据晶闸管的接法不同，三相半波可控整流电路又可分为三相半波共阴极组电路和三相半波共阳极组电路。2.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载2.3三相半波可控整流电路

三相半波共阴极组可控整流电路也叫三相零式可控整流电路。为得到零线，变压器二次侧要接成星形，而一次侧接成三角形，为3次谐波电流提供通路，减少3次谐波对电网的影响。三只晶闸管的阴极连接在一起，阳极分别接a、b、c三相电源，这种接法称为共阴极接法。

以晶闸管共阴极端作为输出电压的正端，变压器二次侧的零线作为输出电压的负端，规定负载电压的正方向为从三只晶闸管的共阴极端指向变压器二次侧的零线，负载电流的正方向与负载电压的正方向相同。2.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载2.3三相半波可控整流电路O

若将电路中的晶闸管VT1～VT3换成二极管VD1～VD3，该电路即成为三相半波不可控整流电路。将二极管的换相时刻定义为三相可控整流电路的自然换相点。对三相半波可控整流电路而言，自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，也就是二极管的自然换相点，将其作为计算各晶闸管触发角α的起始点，即α=0°。2.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载2.3三相半波可控整流电路

这与单相整流电路自然换相点的定义不同，单相相控整流电路的自然换相点是变压器二次电压的过零点，而三相相控整流电路的自然换相点是三个相电压的交点。Owttwwtwtw20ωt1p2ptuG0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++uωt2uLuR2.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载2.3三相半波可控整流电路

各个触发脉冲应依次间隔120°，每只晶闸管的触发角度都相同。晶闸管VT1两端电压uVT1的波形由3段组成。如图2-17所示。第1段是VT1导通期间，电压为晶闸管的导通管压降,uVT1≈0；第2段是VT2导通期间a、b两相之间的线电压，uVT1=ua-ub=uab；第3段是VT3导通期间a、c两相之间的线电压，uVT1=ua-uc=uac。其它两只晶闸管的电压波形形状均与其相同，其相位依次滞后120°。2.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载2.3三相半波可控整流电路

α=30°时，晶闸管的导通角为120°，但这时负载电流处于连续和断续的临界点。如图3-18a所示。

图3-18三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载，α=30°的工作波形若α＞30°，则当正在导通的晶闸管对应的相电压过零变负时，该相晶闸管即关断。而此时下一相晶闸管虽已承受正压，但因无触发脉冲而尚未导通，负载电压和电流均为零，直到下一相晶闸管的触发脉冲出现为止。这会导致负载电流断续，晶闸管的导通角小于120°。如图2-18b所示。2.3三相半波可控整流电路图3-18三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载，α=60°的工作波形2.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载2.3三相半波可控整流电路

电流断续时，一个周期内晶闸管VT1两端电压波形uVT1共分为六段。如图3-18b所示。

0～ωt1段，VT1截止，VT3导通，则uVT1=uac；

ωt1～ωt2段，c相电压过零变负，VT3截止，VT1承受a相正向电压，但由于没有触发信号不导通，则uVT1=ua；

ωt2～ωt3段，VT1触发导通，则uVT1=0；

ωt3～ωt4段，a相电压过零变负，VT1截止，VT2承受b相正向电压，但由于没有触发信号不导通，则uVT1=ua；

ωt4～ωt5段，VT2触发导通，则uVT1=uab；

ωt5～ωt6段，b相电压过零变负，VT2截止，VT3承受c相正向电压，但由于没有触发信号不导通，则uVT1=ua；

ωt6～ωt7段，VT3触发导通，则uVT1=uac。2.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载2.3三相半波可控整流电路图3-18三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载，α=30°和α=60°的工作波形2.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载2.3三相半波可控整流电路表2-12三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载时各区间工作情况（α≤30°）2.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载2.3三相半波可控整流电路表2-13三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载时各区间工作情况（α>30°）2.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载2.3三相半波可控整流电路基本数量关系：1)直流输出电压平均值α≤30°时，输出电流连续α=0°时，输出电压Ud最大， 。α>30°时，输出电流断续α=150°时，输出电压为零。因此，三相半波可控整流电路带电阻性负载时，触发角α的移相范围是150°。2.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载2.3三相半波可控整流电路基本数量关系：2）直流输出电流平均值3）晶闸管电流平均值4）晶闸管电流有效值α>30°时α≤30°时2.3.1三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载2.3三相半波可控整流电路基本数量关系：5）晶闸管承受的最大正、反向电压UTM

晶闸管承受的最大正向电压是变压器二次相电压的峰值， ；

晶闸管承受的最大反向电压是变压器二次线电压的峰值， 。

在选择晶闸管的额定电压时，应根据晶闸管实际承受的最大反向电压进行计算， 。 2.3.2三相半波共阴极组可控整流电路带阻感性负载

2.3三相半波可控整流电路

为了便于分析，假设电感极大，且电路已工作于稳态，因此负载电流id的波形基本是平直的。

α≤30°时，负载电压ud波形与电阻负载时相同；

α＞30°时，当某相电压过零变负时，由于电感的续流作用，电流不会降到零，因此该相晶闸管仍然导通，直到下一相晶闸管触发脉冲出现才能够换流。2.3.2三相半波共阴极组可控整流电路带阻感性负载

2.3三相半波可控整流电路2.3.2三相半波共阴极组可控整流电路带阻感性负载

2.3三相半波可控整流电路

在电感的续流作用下，负载电压波形中会出现负的部分。随着α的增大，负载电压波形中负的部分将增加。当α=90°时，负载电压ud波形中正、负面积相等，负载电压平均值Ud为零，即大电感负载时，三相半波相控整流电路的移相范围为90°。2.3.2三相半波共阴极组可控整流电路带阻感性负载

2.3三相半波可控整流电路表2-14三相半波共阴极组可控整流电路，带阻感性负载时各区间工作情况2.3.2三相半波共阴极组可控整流电路带阻感性负载

2.3三相半波可控整流电路基本数量关系：1）直流输出电压平均值

输出电压ud波形连续，当α=90°时，输出电压为零。因此，三相半波可控整流电路，带阻感性负载时，触发角α的移相范围是90°。2）直流输出电流平均值2.3.2三相半波共阴极组可控整流电路带阻感性负载

323三相半波可控整流电路基本数量关系：3）晶闸管电流平均值4）晶闸管及变压器二次电流有效值

选择晶闸管的额定电流应按有效值相等的原则选取，不考虑安全裕量时，2.3.2三相半波共阴极组可控整流电路带阻感性负载

2.3三相半波可控整流电路基本数量关系：考虑安全裕量时，5）晶闸管承受的最大正、反向电压UTM变压器二次线电压的峰值， 选择晶闸管的额定电压时，还要考虑2~3倍的安全裕量。

三相半波可控整流电路的主要缺点是变压器二次电流中含有直流分量，使变压器存在直流磁化现象，因此实际应用比较少。2.3.3三相半波共阴极组可控整流电路带反电动势负载

2.3三相半波可控整流电路

当负载为蓄电池或直流电动机的电枢时，负载可看成是一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。

设反电动势为E，在交流电源与反电动势负载的串联电路中，只有在u2>E时，晶闸管才开始真正承受正电压，才有触发导通的可能。晶闸管触发导通之后，ud=u2，。abcRudidVT1VT2VT3udiduaubucOwtOwtaEEdwt1dO2.3.3三相半波共阴极组可控整流电路带反电动势负载

2.3三相半波可控整流电路

与电阻负载时相比，晶闸管提前电角度停止导电，称为停止导电角。不难看出，在α角相同时，带反电动势电阻负载的电路，整流输出电压平均值比带电阻性负载时大。

在α＜时触发晶闸管VT1，由于此时ua＜E，VT1承受反压不能导通。为了使晶闸管能可靠导通，触发脉冲要有足够的宽度，保证当t=时刻晶闸管开始承受正电压时，触发脉冲仍然存在。这样，相当于触发角被推迟到角。2.3.4三相半波共阳极组可控整流电路2.3三相半波可控整流电路

三相半波共阳极组可控整流电路，它将三只晶闸管的阳极连在一起，其阴极分别接变压器的三相绕组。

共阳极接法，各晶闸管只能在相电压为负时触发导通，换流总是从阴极电位较高的相换到阴极电位较低的相。自然换相点为三相电源相电压负半波的交点。如图2-22所示。

三相半波共阳极组可控整流电路，仍然以晶闸管共阳极端作为输出电压的正端，变压器二次侧的零线作为输出电压的负端，仍然规定负载电压的正方向为从三只晶闸管的共阳极端指向变压器二次侧的零线，负载电流的正方向与负载电压的正方向相同。因此，三相半波共阳极组可控整流电路负载电压ud为负值，实际负载电流id亦为负值。2.3.4三相半波共阳极组可控整流电路2.3三相半波可控整流电路3.3.4三相半波共阳极组可控整流电路3.3三相半波可控整流电路

三相半波可控整流电路晶闸管元件少，只需三套触发装置分别给三只晶闸管提供触发脉冲信号。缺点是：

1）变压器每相绕组只有1/3周期流过电流，变压器利用率低；

2）变压器二次侧的电流为单方向，易造成变压器铁心直流磁化。2.4三相桥式全控整流电路

在三相半波共阴极组可控整流电路中，每相绕组中流过的电流均为正向，而三相半波共阳极组可控整流电路中，每相绕组流过的电流均为反向。可将三相半波共阴极组可控整流电路和三相半波共阳极组可控整流电路串联。2.4三相桥式全控整流电路

共阴极组接a、b、c三相电源的3只晶闸管分别命名为VT1、VT3、VT5；

共阳极组接a、b、c三相电源的3只晶闸管分别命名为VT4、VT6、VT2。对于共阴极组的三只晶闸管，总是阳极电压更高的那只优先导通，输出正电压Ud1；对于共阳极组的三只晶闸管，总是阴极电压更低的那只优先导通，输出负电压Ud2；负载上得到的整流电压为共阴极组输出电压减去共阳极组输出电压,即 ，相应的输出电压平均值为 。2.4.1三相桥式全控整流电路带电阻性负载2.4三相桥式全控整流电路2.4.1三相桥式全控整流电路带电阻性负载2.4三相桥式全控整流电路α=60°是三相桥式全控整流电路带电阻性负载时，负载电压ud波形连续与断续的临界点。表2-15三相桥式全控整流电路带电阻性负载时各区间工作情况（α≤60°）2.4.1三相桥式全控整流电路带电阻性负载2.4三相桥式全控整流电路

三相桥式全控整流电路带电阻性负载时，α＞60°以后ud波形就不再连续。如图2-25a所示。

α增大到120°时，Ud=0，因此三相桥式全控整流电路带电阻负载时的移相范围为120°。

为保证桥式电路的上、下桥臂各有一只晶闸管同时导通，触发时可采用两种方法：一种是宽脉冲触发（触发脉冲宽度大于60°而小于120°，一般取80°～100°；

另一种是双窄脉冲触发，即用两个相距60°的窄脉冲代替宽脉冲，给一只晶闸管加触发信号。每隔60°就需要同时提供两个触发脉冲。实际提供脉冲的顺序为：(1、2)——(2、3)——(3、4)——(4、5)——(5、6)——(6、1)。2.4.1三相桥式全控整流电路带电阻性负载2.4三相桥式全控整流电路图2-25三相桥式全控整流电路带电阻性负载，α=90°的负载电压波形和触发脉冲波形2.4.1三相桥式全控整流电路带电阻性负载2.4三相桥式全控整流电路基本数量关系：1)直流输出电压平均值α＞60°时，ud波形不再连续α=60°是输出电压波形连续和断续的分界点。α≤60°时，ud波形连续2.4.1三相桥式全控整流电路带电阻性负载2.4三相桥式全控整流电路2）直流输出电流平均值基本数量关系：3）晶闸管电流平均值α=0°时，Ud=Ud0=2.34U2；α=120°时，Ud=0，输出电压为零。因此，三相桥式全控整流电路，带电阻性负载时，触发角α的移相范围是120°。2.4.1三相桥式全控整流电路带电阻性负载2.4三相桥式全控整流电路基本数量关系：考虑安全裕量时，α＞60°时4）晶闸管电流有效值α≤60°时2.4.1三相桥式全控整流电路带电阻性负载2.4三相桥式全控整流电路基本数量关系：5）变压器二次电流有效值6）晶闸管承受的最大反向电压UTM

在选择晶闸管的额定电压时，应根据晶闸管实际承受的最大反向电压进行计算，即 。

若再考虑安全裕量，则UTM=(2~3)U2。2.4.2三相桥式全控整流电路带阻感性负载2.4三相桥式全控整流电路idudaTLd2VT1VT3VT5VT4VT6VT2d1bcR2.4.2三相桥式全控整流电路带阻感性负载2.4三相桥式全控整流电路2.4三相桥式全控整流电路基本数量关系：1)直流输出电压平均值α=0°时，Ud=Ud0=2.34U2；α=90°时，Ud=0，输出电压为零。因此，三相桥式全控整流电路，带阻感性负载时，触发角α的移相范围是90°。2.4.2三相桥式全控整流电路带阻感性负载6）晶闸管承受的最大正、反向电压UTM其余与带电阻性负载时一样。2.4.2三相桥式全控整流电路带阻感性负载2.4三相桥式全控整流电路

三相桥式全控整流电路带阻感性负载具有如下特点：

1）任何时候只有共阴组和共阳极组各有一只元件同时导通时，才能形成电流通路。

2）共阴极组晶闸管VT1、VT3、VT5，按相序依次触发导通，相位互差120º，a、b、c三相换流在共阴极组内完成；共阳极组VT2、VT4、VT6，按相序依次触发导通，相位相差120º，a、b、c三相换流在共阳极组内完成；同一相的晶闸管相位相差180º。每只晶闸管的导通角都是120º。

3）输出电压ud由六段线电压组成，依次为uab、uac、ubc、uba、uca、ucb，输出线电压波形每周期脉动六次，脉动频率为6f=300Hz。2.4.2三相桥式全控整流电路带阻感性负载2.4三相桥式全控整流电