3.项目四任务三 三相桥式全控整流电路调试

电力电子技术主编徐立娟

三相桥式全控整流电路调试

1任务描述与目标

2相关知识3任务实施提

纲

一、任务描述与目标任务描述：三相桥式全控整流电路多用于直流电机或要求实现有源逆变的负载，为使负载电流连续、平滑，改善直流电机的机械特性，利于直流电机换向及减小火花，一般要串入平波电抗器，相当于负载是含有反电动势的大电感负载。任务名称：三相桥式全控整流电路调试

一、任务描述与目标任务目标：（1）掌握三相桥式全控整流电路的工作原理，能进行波形分析。（2）能根据整流电路形式及元器件参数进行输出电压、电流等参数的计算。（3）会根据电路要求选择合适的元器件，初步具备成本核算能力。（4）在任务实施过程中，培养团队合作精神，强化安全意识和职业行为规范意识。

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载结构01共阴极接法的三相半波可控整流电路共阳极接法的三相半波可控整流电路

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载结构01三相桥式全控整流主电路对触发电路的要求U

U

W

V

V

0VS1VS3VS5VS4VS6VS2123456U+V+W+U-V-W-晶闸管导通的顺序晶闸管导通的顺序：也就是触发脉冲的顺序？

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载结构01晶闸管脉冲要求U

U

W

V

V

01234560共阴0共阳16'21'32'43'54'65'16'

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载结构01晶闸管脉冲要求U

U

W

V

V

01234560共阴0共阳16'21'32'43'54'65'16'必须对共阴组与共阳组应该导通的一对晶闸管同时送出触发脉冲对每一个晶闸管来说，一个周期加几个脉冲？相隔多少度？

二、相关知识U

U

W

V

V

01234560共阴0共阳16'21'32'43'54'65'16'

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02控制角α=0°关键：VS导通及关断时刻U

U

W

V

01234560共阴0共阳16'21'32'43'54'65'16'ωtωtωtωt1ωt2ωt3ωt4ωt5ωt6ωt7ωt1-ωt2ωt2-ωt3ωt3-ωt4ωt4-ωt5ωt5-ωt6ωt6-ωt7共阴共阳输出ωt1时刻：VS1、VS6导通负载两端电压：uUV电流U→VS1→Rd→VS6→V

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02在

t1～

t2期间，U相电位最高，V相电位最低，此时共阴极组的VSl和共阳极组VS6同时被触发导通，电流由U相经VS1流向负载，又经VS6流入V相。假设共阴组流过U相绕组电流为正，那么共阳极组流过U相绕组电流就应为负，则输出电压为ud=uU-uV=uUV经60°后进入

t2～

t3区间，U相电位仍然最高，所以VS1继续导通，但W相晶闸管VS2的阴极电位变为最低。在自然换相点2处，即

t2时刻，VS2被触发导通，VS2的导通使VS6承受uVU反向电压而被迫关断。这一区间负载电流仍然从U相流出，经VSl、负载、VS2而回到电源W相，这一区间的整流输出电压为ud=uU-uW=uUW其他区间，依此类推

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02控制角α=0°,输出电压波形

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02①三相桥式全控整流电路任一时刻必须有两只晶闸管同时导通，才能形成负载电流，其中一只在共阳极组，另一只在共阴极组。②整流输出电压ud波形是由电源线电压

轮流输出所组成的，各线电压正半波交点1～6分别是VS1～VS6的自然换相点。晶闸管的导通顺序及输出电压关系如下。输出电流的波形与电压波形相似。

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02③6只晶闸管中每管导通120°，每间隔60°有一只晶闸管换流。④变压器二次侧电流iU波形的特点。VS1处于通态时，iU为正，波形的形状与同时段的ud波形相同，在VS4处于通态时，iU波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负值。

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02控制角α=30°21'32'43'54'65'116'6'ωt1ωt2ωt3ωt4ωt5ωt6ωt7U

U

W

V

0123456ωt0共阴0共阳ωtωt关键：VS导通及关断时刻65'VS导通时刻：加触发脉冲时刻，如图VS关断时刻：(1)同组（共阳、共阴）下一相晶闸管导通时刻。(2)电流(电阻负载电压)下降到零。

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理0221'32'116'6'ωt1ωt2ωt3ωt4U

U

W

V

0123456ωt0共阴0共阳ωtωtVS关断时刻（以VS1为例）：(1)同组下一相晶闸管是VS3，导通时刻是ωt3。(2)回路：U→VS1→负载→VS2→W只要uU大于uW，回路电压大于0，电流大于0。等于0时刻：4点。晶闸管VS1关断时刻？

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02ωt1-ωt2ωt2-ωt3ωt3-ωt4ωt4-ωt5ωt5-ωt6ωt6-ωt7共阴共阳输出ωt1ωt2ωt3ωt4ωt5ωt6ωt7U

U

W

V

0123456ωt

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02控制角α=30°,输出电压波形思考题：控制角α=30°,晶闸管导通角多少度？

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02控制角α=60°1'2'3'4'5'6'6'2ωt23ωt34ωt45ωt56ωt6U

U

W

V

0123456ωt0共阴0共阳ωtωt关键：VS导通及关断时刻VS导通时刻：加触发脉冲时刻，如图VS关断时刻：(1)同组（共阳、共阴）下一相晶闸管导通时刻。(2)电流(电阻负载电压)下降到零。65'11ωt1ωt7

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理0221'32'116'6'ωt1ωt2ωt3U

U

W

V

0123456ωt0共阴0共阳ωtωtVS关断时刻（以VS1为例）：(1)同组下一相晶闸管是VS3，导通时刻是ωt3。(2)回路：U→VS1→负载→VS2→W只要uU大于uW，回路电压大于0，电流大于0。等于0时刻：4点，与VS3导通时刻重叠。晶闸管VS1关断时刻？

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02ωt1ωt2ωt3ωt4ωt5ωt6ωt7U

U

W

V

0123456ωtωt1-ωt2ωt2-ωt3ωt3-ωt4ωt4-ωt5ωt5-ωt6ωt6-ωt7共阴共阳输出

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02控制角α=60°,输出电压波形思考题：1、控制角α=60°,晶闸管导通角多少度？2、控制角α=90°时，晶闸管关断时刻？导通角多大？

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理021'2'3'4'5'6'6'2ωt23ωt34ωt45ωt56ωt6U

U

W

V

0123456ωt0共阴0共阳ωtωt关键：VS导通及关断时刻VS导通时刻：加触发脉冲时刻，如图VS关断时刻（以VS1为例）：(1)同组（共阳、共阴）下一相晶闸管导通时刻ωt3。(2)电流(电阻负载电压)下降到零，4点65'11ωt1ωt7VS1关断时刻：4点关断。思考：1、VS2在ωt2时刻导通，在4点是否关断？为什么？控制角α=90°

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理021'2'3'4'5'6'6'2ωt23ωt34ωt45ωt56ωt6U

U

W

V

0123456ωt0共阴0共阳ωtωt65'11ωt1ωt7VS1导通VS1关断VS1导通VS1关断

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02思考题：1、控制角α=90°时，每个晶闸管一个周期导通几次？每次导通多少度？2、晶闸管导通角为多少？3、控制角最大为多大？移相范围？

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理02控制角α=90°,输出电压波形思考题：控制角最大为多大？移相范围？

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载参数计算03（1）负载电压平均值Ud。当α≤60°时，当α≥60°时，

二、相关知识三相桥式全控整流电路电阻性负载参数计算03（2）负载电流平均值Id。（3）流过晶闸管电流的平均值IdT。（4）晶闸管两端承受的最大正反向电压UTM。

二、相关知识结论：三相桥式全控整流电路任一时刻必须有两只晶闸管同时导通，才能形成负载电流，其中一只在共阳极组，另一只在共阴极组。整流输出电压ud波形是由电源线电压

轮流输出所组成的，各线电压正半波交点1～6分别是VS1～VS6的自然换相点。α≤60°时，输出电压ud的波形临界连续。每只晶闸管的导通角仍然为120°。α>60°时，ud波形断续，每个晶闸管的导通角小于120°。电阻性负载时，电路的移相范围为0°～120°。

二、相关知识三相桥式全控整流电路电感性负载不接续流二极管工作原理04电感的特点：电流不能突变流过电感的电流滞后电压。α＜60°时工作情况三相全控桥式电阻性负载，当α＜60°时，电源电压没到过零点，晶闸管因为其他晶闸管的导通而承受反向电压关断，每只晶闸管的导通角都是120°，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等工作情况与带电阻负载时一样思考：电流波形是否相同？

二、相关知识三相桥式全控整流电路电感性负载不接续流二极管工作原理04ωtid

二、相关知识三相桥式全控整流电路电感性负载不接续流二极管工作原理04α>60°时工作情况（控制角α=90°为例）1'2'3'4'5'6'6'2ωt23ωt34ωt45ωt56ωt6U

U

W

V

0123456ωt0共阴0共阳ωtωt65'11ωt1ωt7晶闸管导通时刻，关断时刻？以VS1为例：导通时刻ωt1时刻关断时刻：4点电压过零，但由于电感的存在，电流没有下降到零，VS1不关断思考：VS1什么时候关断？

二、相关知识三相桥式全控整流电路电感性负载不接续流二极管工作原理04

二、相关知识三相桥式全控整流电路电感性负载不接续流二极管工作原理04当

＞60°时，由于电感L的作用，只要整流输出电压平均值不为零，每只晶闸管的导通角都是120°，与触发延迟角

大小无关，但是ud波形会出现负的部分，负载电流为连续平稳的一条水平线，而流过晶闸管与变压器绕组的电流均为方波。当

=90°时，输出整流电压ud波形正、负面积相等，平均值为零。带大电感负载时，三相桥式全控整流电路的

角移相范围为0°～90°。

二、相关知识三相桥式全控整流电路电感性负载不接续流二极管参数计算05（1）负载电压平均值Ud。（2）负载电流平均值Id。（3）晶闸管的电流平均值IdT、有效值IT。

二、相关知识三相桥式全控整流电路电感性负载接续流二极管工作原理06续流二极管的作用？三相全控桥式整流电路大电感负载电路中，当α＞60°时，输出电压的波形出现负值，使输出电压平均值下降。在大电感负载两端并接续流二极管VD，不出现负值，这样可以提高输出电压的平均值、扩大移相范围、负载电流更平稳。

二、相关知识三相桥式全控整流电路电感性负载接续流二极管工作原理06（1）当α≤60°时，输出电压波形和参数计算与大电感负载不接续流二极管时相同，续流二极管不起作用，每个晶闸管导通120°。（2）当α＞60°时，三相电源电压每相过零变负时，电感的感应电动势使续流二极管承受正向电压而导通，晶闸管关断。续流期间输出电压ud=0，使得波形不出现负向电压。可见输出电压波形与电阻性负载时输出电压波形相同，晶闸管导通角θ＜120°。

二、相关知识三相桥式全控整流电路电感性负载接续流二极管参数计算07（1）负载电压平均值Ud。（2）负载电流平均值Id。①α≤60°时，θ=120°

②α＞60°时，θ＜120°

二、相关知识三相桥式全控整流电路电感性负载接续流二极管参数计算07（3）流过晶闸管电流的平均值IdT和有效值IT。（α≤60°）（60°＜α≤120°）（α≤60°）（60°＜α≤120°）

二、相关知识三相桥式全控整流电路电感性负载接续流二极管参数计算07（4）流过续流二极管电流的平均值IdD和有效值ID。当α≤60°时，续流二极管不导通，没有电流流过。当α＞60°时，（5）晶闸管两端承受的最高电压UTM。

二、相关知识触发电路与主电路的同步08单独检查主电路，接线正确，器件完好单独检查触发电路，各点电压波形、输出脉冲正常，调节控制电压Uc时，脉冲移相符合要求这就是要讨论的触发电路与主电路之间的同步(定相)问题。

二、相关知识触发电路与主电路的同步08同步的定义（什么叫同步？）问题1：触发脉冲什么时候出现有效？问题2：而在触发电路中，送出脉冲的时刻是由什么决定？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；接到触发电路不同相位的同步电压us来定位，由控制与偏移电压大小来决定移相。同步环节移相环节

二、相关知识触发电路与主电路的同步08因此必须根据被触发晶闸管的阳极电压相位，正确供给触发电路特定相位的同步电压，才能使触发电路分别在各晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲。这种正确选择同步信号电压相位以及得到不同相位同步信号电压的方法，称为晶闸管装置的同步或定相。同步的定义（什么叫同步？）

二、相关知识触发电路与主电路的同步08同步变压器

二、相关知识触发电路与主电路的同步08usugugu2主电路电源电压us触发电路同步电压触发电路与主电路是否同步？

二、相关知识触发电路与主电路的同步08U

U

W

V

V

0135051133ωt1ωt2ωt3A(U)——VS3；B(V)——VS5；C(W)——VS1

二、相关知识触发电路与主电路的同步08

二、相关知识触发电路与主电路的同步08如何实现触发电路与主电路的同步触发电路同步电压的确定包括两方面内容。（1）根据晶闸管主电路的结构、所带负载的性质及采用的触发电路的形式，确定出该触发电路能够满足移相要求的同步电压与晶闸管阳极电压的相位关系。（2）用三相同步变压器的不同连接方式或再配合阻容移相得到上述确定的同步电压。

二、相关知识触发电路与主电路的同步08如何实现触发电路与主电路的同步不同步

二、相关知识触发电路与主电路的同步08

二、相关知识整流电路的保护09整流电路的保护主要是晶闸管的保护，晶闸管元件有许多优点，但与其他电气设备相比，过电压、过电流能力差，短时间的过电流、过电压都可能造成元件损坏。为使晶闸管装置能正常工作而不损坏，只靠合理选择元件还不行，还要设计完善的保护环节，以防不测。包括过电压保护和过电流保护

二、相关知识整流电路的保护09

二、相关知识整流电路的保护09

二、相关知识整流电路的保护09过电压保护有交流侧保护、直流侧保护和器件保护。过电压保护设置如图所示。其中H属于器件保护，H左边设置的是交流侧保护，H右边设置的为直流侧保护。

二、相关知识整流电路的保护09过电压保护——晶闸管的关断过电压及其保护晶闸管关断引起的过电压，可达工作电压峰值的5～6倍，是由于线路电感（主要是变压器漏感）释放能量而产生的。一般情况采用的保护方法是在晶闸管的两端并联RC吸收电路，如图所示。

二、相关知识整流电路的保护09过电压保护——交流侧过电压保护由于交流侧电路在接通或断开时感应出过电压，一般情况下，能量较大，常用的保护措施有如下3种。①阻容吸收保护电路其应用广泛，性能可靠，但正常运行时，电阻上消耗功率，引起电阻发热，且体积大，对于能量较大的过电压不能完全抑制。根据稳压二极管的稳压原理，目前较多采用非线性电阻吸收装置，常用的有硒堆与压敏电阻。

二、相关知识整流电路的保护09过电压保护——交流侧过电压保护阻容吸收交流侧过电压保护

二、相关知识整流电路的保护09过电压保护——交流侧过电压保护②硒堆就是成组串联的硒整流片。单相时用两组对接后再与电源并联，三相时用3组对接成Y形或用6组接成D形。③压敏电阻是由氧化锌、氧化铋等烧结而成，每一颗氧化锌晶粒外面裹着一层薄薄的氧化锌，构成像硅稳压二极管一样的半导体结构，具有正反向都很陡的稳压特性。

二、相关知识整流电路的保护09过电压保护——交流侧过电压保护硒堆交流侧过电压保护

二、相关知识整流电路的保护09过电压保护——交流侧过电压保护压敏电阻交流侧过电压保护

二、相关知识整流电路的保护09过电压保护——直流侧过电压保护阻容吸收直流侧过电压保护

二、相关知识整流电路的保护09过电流保护晶闸管装置出现的元件误导通或击穿、可逆传动系统中产生环流、逆变失败以及传动装置生产机械过载及机械故障引起电动机堵转等，都会导致流过整流元件的电流大大超过其正常管子电流，即产生所谓的过电流。通常采用的保护措施如图所示。

二、相关知识整流电路的保护09过电流保护在交流进线中串接电抗器（称交流进线电抗），或采用漏抗较大的变压器是限制短路电流以保护晶闸管的有效办法，缺点是在有负载时要损失较大的电压降。电抗器交流侧过电流保护

二、相关知识整流电路的保护09过电流保护灵敏过电流继电器保护。继电器可装在交流侧或直流侧，在发生过电流故障时动作，使交流侧自动开关或直流侧接触器跳闸。由于过电流继电器和自动开关或接触器动作需几百毫秒，故只能保护由于机械过载引起的过电流，或在短路电流不大时，才能对晶闸管起保护作用。电流互感器，电流检测接过电流继电器交流侧过电流保护

二、相关知识整流电路的保护09过电流保护拉逆变保护：当出现严重过电流或短路时，故障电流迅速上升，此时限流控制可能来不及起作用，电流就已超过允许值。在全控整流带大电感负载时，为了尽快消除故障电流，可控制晶闸管的触发脉冲快速左移到整流状态的移相范围之外，使输出端瞬时值出现负电压，电路进入逆变状态，将故障电流迅速衰减到0，这种称为拉逆变保护。

二、相关知识整流电路的保护09过电流保护直流快速开关保护：在大容量、要求高、经常容易短路的场合，可采用装在直流侧的直流快速开关作直流侧的过载与短路保护。这种快速开关经特殊设计，它的开关动作时间只有2ms