三相橋式整流

關(guān)于三相橋式整流1第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2概述AC／DC變換電路是能夠直接將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路，泛稱整流電路。一、整流電路的分類自本世紀(jì)20年代迄今已經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段：第一階段：旋轉(zhuǎn)式變流機(jī)組（電動(dòng)機(jī)－發(fā)電機(jī)組）；第二階段：靜止式離子整流器；第三階段：靜止式半導(dǎo)體整流器；

第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3旋轉(zhuǎn)式變流機(jī)組和靜止式離子整流器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能均不及半導(dǎo)體整流器，因而在世界范圍內(nèi)已為后者所取代。靜止式半導(dǎo)體整流器，按照電路中變流器件的開關(guān)頻率不同，所有的半導(dǎo)體變流電路可劃分力低頻和高頻兩大類。對(duì)于整流電路而言，前者是指?jìng)鹘y(tǒng)相控式整流電路，是所有半導(dǎo)體變流電路中歷史最久，技術(shù)最成熟，應(yīng)用也最廣泛的一種電路，后者是指最近才發(fā)展起來的斬控式（PWM）整流電路，是所有半導(dǎo)體變流電路中歷史最短的一種電路，是斬波控制方式和高頻自關(guān)斷器件發(fā)展的技術(shù)產(chǎn)物。第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二4整流電路的分類第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二5三相橋式全控整流電路三相全橋的特點(diǎn)：應(yīng)用最為廣泛.三相橋式全控整流電路與三相半波電路相比，輸出整流電壓提高一倍，輸出電壓的脈動(dòng)較小、變壓器利用率高且無直流磁化問題。由于在整流裝置中，三相橋電路晶閘管的最大失控時(shí)間只為三相半波電路的一半，故控制快速性較好，因而在大容量負(fù)載供電、電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)等方面獲得廣泛的應(yīng)用。第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二6一、共陰極三相半波可控整流電路（一）電阻負(fù)載

1.電路圖3-19三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路如圖3-19所示。為得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)為避免3次諧波流入電源接成三角形。三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，它們的陰極連接在—起，稱為共陰極接法，這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便。圖3-19三相半波可控整流電路第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二7二、共陽極三相半波可控整流電路1.電路共陽極電路，即將三個(gè)晶閘管的陽極連在一起，其陰極分別接變壓器三相繞組，變壓器的零線作為輸出電壓的正端，晶閘管共陽根端作為輸出電壓的負(fù)端，如圖2-26所示。這種共陽極電路接法，對(duì)于螺栓型晶閘管的陽根可以共用散熱器，使裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；但三個(gè)觸發(fā)器的輸出必須彼此絕緣。圖3-26三相半波可控整流電路第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二8從三相半波可控整流電路原理知，共陰極電路工作時(shí)，變壓器每相繞組中流過正向電流，共陽極電路工作時(shí)，每相繞組流過反向電流，為了提高變壓器利用率，將共陰極組電路和共陽極組電路輸出串聯(lián)，并接到變壓器次級(jí)繞組上，如圖2-17所示。如果兩組電路負(fù)載對(duì)稱，控制角相同，則它們輸出電流平均值Id1與Id2相等，零線中流過的電流為零，去掉零線，不影響電路工作，就成為三相橋式全控整流電路，如圖2-17所示。在三相橋式電路中的變壓器繞組中，一個(gè)周期里既流過正向電流，又流過反向電流，提高了變壓器的利用率，且直流磁勢(shì)相互抵消，避免了直流磁化。第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二9由于三相橋式整流電路是兩組三相半波整流電路的串聯(lián)，因此輸出電壓是三相半波的兩倍。當(dāng)輸出電流連續(xù)時(shí)：由于變壓器規(guī)格并末改變，整流電壓卻比三相半波時(shí)大一倍，因此輸出功率加大一倍。變壓器利用率提高了，而晶閘管的電流定額不變。在輸出整流電壓相同的情況下，三相橋式晶閘管的電壓定額可以比三相半波電路的晶閘管低一半。第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二10共陰極組——陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1，VT3，VT5）；共陽極組——陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2）；請(qǐng)注意編號(hào)順序：1、3、5和4、6、2，一般不特別說明，均采用這樣的編號(hào)順序。由于零線平均電流為零，所以可以不用零線。對(duì)于每相二次電源來說，一個(gè)工作周期中，即有正電流，也有負(fù)電流，所以不存在直流磁化問題，提高了繞組利用率。圖2-17三相橋式全控整流電路原理圖第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二11(一)帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況1.工作原理和波形分析：(1)α=0時(shí)的情況對(duì)于共陰極組的3個(gè)晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通；對(duì)于共陽極組的3個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最低（或者說負(fù)得最多）的導(dǎo)通；任意時(shí)刻共陽極組和共陰極組中各有1個(gè)SCR處于導(dǎo)通狀態(tài)。其余的SCR均處于關(guān)斷狀態(tài)。觸發(fā)角α的起點(diǎn)，仍然是從自然換相點(diǎn)開始計(jì)算，注意正負(fù)方向均有自然換相點(diǎn)。圖2-18三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=0時(shí)的波形

動(dòng)畫第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二12從線電壓波形看，

ud為線電壓中最大的一個(gè)，因此ud波形為線電壓的包絡(luò)線。

表3-1三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載α

=0時(shí)晶閘管工作情況時(shí)段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb動(dòng)畫第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二13三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)：（1)兩個(gè)SCR同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各有一個(gè)SCR導(dǎo)通，且不能為同相的兩個(gè)SCR（否則沒有輸出）。（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60；共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120；同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。動(dòng)畫第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二14（3）ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，所以三相全橋電路稱為6脈波整流電路；（4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖：可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)(大于600)

另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）：在Ud的六個(gè)時(shí)間段，均給應(yīng)該導(dǎo)通的SCR提供觸發(fā)脈沖，而不管其原來是否導(dǎo)通。所以每隔600就需要提供兩個(gè)觸發(fā)脈沖。

實(shí)際提供脈沖的順序?yàn)椋?,2-2,3-3,4-4,5-5,6-6,1-1,2，不斷重復(fù)。（5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同為：動(dòng)畫第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二153)α=30時(shí)的工作情況(波形圖）晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30，組成ud的每一段線電壓因此推遲30；從ωt1開始把一周期等分為6段，ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)等仍符合表2-1的規(guī)律；變壓器二次側(cè)電流ia波形的特點(diǎn)：在VT1處于通態(tài)的120期間，ia為正，ia波形的形狀與同時(shí)段的ud波形相同，在VT4處于通態(tài)的120期間，ia波形的形狀也與同時(shí)段的ud波形相同，但為負(fù)值。動(dòng)畫第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二164)α=60時(shí)工作情況

ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)后移，ud平均值繼續(xù)降低。α=60時(shí)ud出現(xiàn)為零的點(diǎn)。

（因?yàn)樵谠擖c(diǎn)處，線電壓為零）圖3-31三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=60時(shí)的波形

動(dòng)畫第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二175)當(dāng)α>60時(shí)，如α=90時(shí)電阻負(fù)載情況下的工作波形如圖3-32所示：圖3-32三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=90時(shí)的波形

動(dòng)畫第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二186)小結(jié)當(dāng)α≤60時(shí)，ud波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形一樣，也連續(xù)；當(dāng)α>60時(shí)，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值；帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路α

角的移相范圍是120動(dòng)畫第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二192.定量計(jì)算

由于α=60°是輸出電壓Ud波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點(diǎn),輸出電壓平均值應(yīng)分兩中情況計(jì)算(1)α<60°每個(gè)晶閘管導(dǎo)通的電角度始終是120°(2)α>60°第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二20三相橋式全控整流電路大多用于向阻感負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載供電(即用于直流電機(jī)傳動(dòng))，下面主要分析阻感負(fù)載時(shí)的情況，對(duì)于帶反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載的情況，只需在阻感負(fù)載的基礎(chǔ)上掌握其特點(diǎn)，即可把握其工作情況1.工作原理及波形分析

1)α≤60時(shí)ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣；區(qū)別在于：由于負(fù)載不同，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流id波形不同。電感性負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。(二)阻感負(fù)載時(shí)的工作情況第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二21圖3-33三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載

α=0時(shí)的波形圖3-34三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載α=30時(shí)的波形第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二222)α>60時(shí)電感性負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同，電阻負(fù)載時(shí)ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分，而電感性負(fù)載時(shí)，由于電感L的作用，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分；帶電感性負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的α角移相范圍為90

。

因?yàn)樵讦粒?0

時(shí)，Ud波形上下對(duì)稱，平均值為零。圖3-35三相橋式整流電路帶電感性負(fù)載，α=90時(shí)的波形

動(dòng)畫第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二23(1)當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶電感性負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載α≤60時(shí)）的平均值為：

帶電阻負(fù)載且α>60時(shí)，整流電壓平均值為：

（2）輸出電流平均值為：Id=Ud/R2.定量計(jì)算第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二24平均值：有效值：(3)晶閘管承受的最大反壓：（4）當(dāng)整流變壓器采用星形接法，帶電感性負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流波形，為正負(fù)半周各寬120、前沿相差180的矩形波，其有效值為：第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二25(5)功率因數(shù)：

晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時(shí)一致。三相橋式全控整流電路接反電勢(shì)電感性負(fù)載時(shí)，在負(fù)載電感足夠大足以使負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計(jì)算Id時(shí)有所不同，接反電勢(shì)電感性負(fù)載時(shí)的Id為：

式中R和E分別為負(fù)載中的電阻值和反電動(dòng)勢(shì)的值。第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二26ThankYou!第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二27圖2-1單相半波可控整流電路及波形（1）在U2的正半周，VT承受正向電壓，0～ωt1期間，無觸發(fā)脈沖，VT處于正向阻斷狀態(tài)，UVT＝U2，Ud=0;（2）ωt1以后，VT由于觸發(fā)脈沖UG的作用而導(dǎo)通，則Ud=U2,UVT=0,Id=U2/R，一直到π時(shí)刻；（3）π～2π期間，U2反向，VT由于承受反向電壓而關(guān)斷,UVT=U2,Ud=0。以后不斷重復(fù)以上過程。第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二28圖2-2帶電感性負(fù)載的單相半波電路及其波形

第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二29圖2-4帶續(xù)流二極管單相半波可控整流電路及波形第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二30圖2-5單相橋式全控整流電路圖（純電阻負(fù)載）第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二31圖2-6單相全控橋帶電感性負(fù)載時(shí)的電路及波形

第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二32圖2-7帶反電動(dòng)勢(shì)單相橋式全控整流電路圖及波形第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二33圖2-8單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況

第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二34圖2-10單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，電感性負(fù)載時(shí)的電路及波形第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二35圖2-11單相橋式半控整流電路的另一接法

第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二36圖2-10帶續(xù)流二極管單相橋式半控整流電路波形圖

第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二37圖2-9單相全波可控整流電路及波形第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二38圖2-12三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電路及α=0時(shí)的波形

a)b)c)d)e)f)u2uvwTRudidVT2VT1VT3uUuVuWa=0Owt1wt2wt3uGOudOOuuvuuwOiVT1uVT1wtwtwtwtwt第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二39圖2-12三相半波可控整流電路的波形第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二40圖2-13三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，α=30時(shí)的波形

a=30°u2uuuvuwOwtOwtOwtOwtOwtuGuduuvuuwwt1iVT1uVT1uac第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二41圖2-14三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，α=60時(shí)的波形

wtwtwtwta=60°u2uuuvuwOOOOuGudiVT1第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二42圖2-15三相半波可控整流電路Ud/U2與u的關(guān)系

第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二43圖2-16三相半波可控整流電路，電感性負(fù)載時(shí)的電路及α=60時(shí)的波形

第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二44圖2－17三相橋式全控整流電路原理圖

第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二45圖2-18三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=0時(shí)的波形

第45頁，共54頁，2023年，2月