三相半波可控整流调光灯电路的调试与维护介绍

项目三项目三 三相晶闸管可控整流电路的
三相晶闸管可控整流电路的调试与维护
任务2 三相全控桥式整流调光灯电路
的调试与维护
一、教学目标
1．能阅读三相全控桥式整流调光灯电路图及其说明书
22．能理解三相全控桥式整流调光灯电路的控制原理
33．能进行三相全控桥式整流调光灯电路的安装接线
4 用电工电子仪表进行三相全控桥式整流调光灯电路的调试
4
55．能三相全控桥式整流调光灯电路进行维护
a) TC787单电源工作时的典型接法
二、工作任务
和单相电路相似，三相的调光灯电路也可以通过全控桥式整流电路实现。

图3-36所示即为三相全控桥式整流调光灯电路的原理图。

本任务将完成三相全控桥式整流调光灯电路的安装和调试，观察电路输出电压和晶闸管两端电压的波形特点，并分析其主电路和触发电路的工作原理。

三、实践操作
1．设备、工具、材料
万用表 11块
双踪慢扫描示波器 11台
双脉冲触发电路实验板(19801) 1块
整流单元实验板 22块
控制电压Uc调节器(B9607) 1套
负载（白炽灯）实验板 11块
b) TC787双电源工作时的典型接法图3-35 TC787工作时的典型接法
2．电路组成
三相全控桥式整流调光灯电路的结构与上一任务中的三相半波可控整流电路较为相似，实质上它就是由一组共阴极组与一组共阳极组的三相半波可控整流电路相串联构成的。

图3-36 三相全控桥式整流调光灯电路原理图
33．电路安装
按电路原理图3-36在实验装置进行线路的连接，在接线过程中按要求照图配线。

整流变压器和的同步变压器的接法与三相半波可控整流调光灯电路一样，分别为：Y/Y-12、△/Y-11，即：UsU与UUV同相。

4．电路调试
检查接线正确无误后送电，进行电路的调试。

三相全控桥式整流调光灯电路主变压器、同步变压器和触
发电路的接法与三相半波可控整流调光灯电路的接法基本
一致，区别在于两者接入晶闸管的脉冲数不同；在电源相
序测定和触发电路的测定两方面与三相半波可控整流调光
灯电路相同。

(1)测定电源的相序
用双踪慢扫描示波器进行电源相序的测定，相序关系为：U 相将超前于V 相120120°°，V 相超前于W 相120120°°。

如果测出的相序不正确，将三根进线中的任意两根线调换一下即可。

(2)触发电路的测定
1)断开负载Rd ，使整流输出电路处于开路状态。

2)
2)同步电压与主电压的相位关系。

3)
3)确定同步电压与锯齿波的相位关系。

(3)确定初始脉冲的位置
1)调节控制电压Uc 调节器(B9607)，使控制电压Uc Uc=0
=0。

2)2)将Y1探头的接地端接到双脉冲触发电路实验板(19801)的面板的“”点上，探头的测试端接在面板的“Ur1Ur1””测量同步电压UsU ，在荧光屏上确定UsU 正向过零点的位置。

将Y2探头的测试端接到面板上的“P1P1””点处，探头的接地端悬空，荧光屏上显示出脉冲Up1的波形，如图3-37所示。

=120°°，因为UsU 三相全控桥式整流调光灯电路要求初始脉冲α=120
=0°°)滞后UUV正向过零与UUV同相，且电路控制角α的起始点(即α=0
60°°，所以初始脉冲的位置应滞后UsU正向过零点的角度为
点60
=180°°，以此在荧光屏确定脉冲的位置。

对应确定位置标+60°°=180
120
120°°+60
于图3-37中。

图3-37 三相全控桥式整流调光灯同步电压与脉冲的关系
3)
3)调节面板上的“偏移”旋钮，改变偏移电压Ub 的大小，将脉冲Up1，的主脉冲移至距UsU 正向过零点180180°
°处，如图3-38所示，此时电路所处的状态即为α=120
=120°°，输出电压平均值Ud Ud=0=0。

图3-38 调节完后同步电压与脉冲的位置关系
注意，初始脉冲的位置一旦确定，“偏移”旋钮就不可以随意调整了。

5．输出电压Ud和晶闸管两端承受的电压UVT波形的测量
(1)接入负载，将探头接与负载两端，探头的测试端接高电位，探头的 (1)
接地端接低电位，荧光屏上显示的应为三相半波可控整流电路电阻性负载
α=120
=120°°时的输出电压Ud的波形。

如图3-39～图3-43中a图所示为0°～60°°输出电压波形，可对照调节比较，并观察小灯泡亮度的变化。

60
=0°°时晶闸管VT1两端波形=0°°时输出电压波形b）α=0
a) α=0
=0°°时输出电压波形和晶闸管VT1两端波形
图3-39 α=0
=15°°时晶闸管VT1两端波形a) α=15°时输出电压波形b）α=15
=15°°时输出电压波形和晶闸管VT1两端波形图3-40 α=15
=30°°时晶闸管VT1两端波形=30°°时输出电压波形 b b）α=30
a) α=30
=30°°时输出电压波形和晶闸管VT1两端波形图3-41 α=30
a) α=45
=45°°时晶闸管VT1两端波形=45°°时输出电压波形 b b）α=45
=45°°时输出电压波形和晶闸管VT1两端波形图3-42 α=45
a) α=60
=60°°时晶闸管VT1两端波形=60°°时输出电压波形 b b）α=60
=60°°时输出电压波形和晶闸管VT1两端波形图3-43 α=60
(2)(2)增大控制电压Uc ，观察控制角α从120120°
°～0°变化时输出电压Ud 及对应的晶闸管两端承受的电压UVT 波
形。

如图3-39～图3-43中b 图所示为0°～6060°
°晶闸管VT1两端波形，可对照调节比较
四、问题探究
1．主电路工作原理的分析
三相全控桥式整流调光灯电路主电路印制电路板实物图（两块）、实验装置面板图与三相半波可控整流调光灯电路一样，主电路图如图3-44所示。

三相全控桥式整流调光灯电路主电路共由六只晶闸管构成，其中晶闸管VT1、VT3、VT5的阴极接在一起，构成共阴极接法；VT4、VT6、VT2的阳极接在一起，构成共阳极接法。

在任何时刻必须在共阴和共阳极组中各有一个晶闸管导通，才能使整流电流流通，负载端有输出电压。

图3-45所示为相电压与线电压的对应关系，为了分析方便，今后将以线电压为主。

各线电压正半波的交点1～6就是三相全控桥电路6只晶闸管VT1～=0°°的点。

VT6的α=0
从图中看出如果共阴极组与共阳极组的参数完全相同，可以使变压器二次侧正负半周均有电流流过，利用率增加一倍且无直流分量。

图3-44 三相全控桥式整流调光灯电路主电路原理图
3-45 相电压与线电压的对应关系
=0°°时输出电压Ud和晶闸管VT1两端电压的理论波形图3-46 α=0
(1)波形分析
图3-46a 、b 所示为α=0=0°
°时负载两端输出电压Ud 和晶闸管VT1两端承受的电压UVT1的理论波形。

在wt1～wt2区间，U 相电压最高，共阴极级组的VT1管被Ug1触发导通；V 相电压最低，共阳极组的VT6管被Ug6触发导通。

电流
由电源U 相经VT1
VT1————负载————VT6VT6流回电源V 相，整流变压器U 、V 两相工作，三相全控桥输出电压Ud Ud =UUV
=UUV ，如图3-47所示。

图3-47 VT1、VT6导通时输出电压与电流
在wt2～wt3区间，U相电压仍最高，VT1继续导通，W相电压
=0°°，即：wt2时刻被Ug2触发导通，VT2管的导最低，VT2管在α=0
——通使VT6承受UWV反压关断。

这区间负载电流由电源U相经VT1
VT1——VT2流回电源W相，整流变压器U、W两相工作，所以三相负载——
——VT2
=UUW，如图3-48所示。

Ud =UUW
全控桥整流输出电压Ud
图3-48 VT1、VT2导通时输出电压与电流
在wt3～wt4区间，这时V 相电压最高，VT3管在a=00，即：wt3时刻被Ug3触发导通，VT1管由于VT3管的导通而承受UUV 反压而关断。

W 相电压最低，VT2继缤导通，这区间负载电流由电源V 相
经VT3
VT3————负载————VT2VT2流回电源W 相，整流变压器V 、W 两相工作，所以三相全控桥整流输出电压Ud Ud =UVW
=UVW ，如图3-49所示。

图3-49 VT3、VT2导通时输出电压与电流
图3-50 VT3、VT4导通时输出电压与电流
在wt4～wt5区间，VT3和VT4同时导通，负载电流由电源V 相经
VT3VT3————负载————VT4VT4流回电源U 相，三相全控桥整流输出电压Ud Ud =UVU =UVU ，如图3-50所示。

在wt5～wt6区间，VT5和VT4同时导通，负载电流由电源W 相
经VT5VT5————负载————VT4
VT4 流回电源U 相，三相全控桥整流输出电压Ud Ud =UWU
=UWU ，如图3-51所示。

图3-51 VT5、VT4导通时输出电压与电流
在wt6～wt7区间，VT5和VT6同时导通，负载电流由电源W 相
经VT5VT5————负载————VT6VT6流回电源V 相，三相全控桥整流输出电压Ud Ud =UWV ，如图3-52所示
图3-52 VT5、VT6导通时输出电压与电流
在wt8时刻，晶闸管VT1再次被触发导通，完成了一个周期的工作过程，在负载上得到完整的输出电压Ud波形。

电路中6只晶闸管导通的顺序与输出电压的对应关系如图3-53所示。

共阴极组工作
输出电压
共阳极组工作
图3-53 6 只晶闸管导通的顺序与输出电压的对应关系
α=0=0°
°时，晶闸管两湍的波形和三相半波可控整流调光灯电路相同，也是由三段组成，如图3-46b 所示，其分析方法也相同，在此恕不赘述。

图3-54a 、b 分别对应控制角α=0=0°
°时输出电压与晶闸管VT1两端电压的实测波形，请对照进行比较。

图3-55、图3-56分别给出了α=30=30°°、6060°
°时的理论波形，可根据上面的方法自行分析。

需要指出的是，当α≤6060°
°时，Ud 波形连续，晶闸管导通角θT =120
=120°°，当α＞6060°°时，则Ud 波形断续，晶闸管导通角θT ＜1200，图3-57a 、b 所示分别为α=90=90°
°时输出电压的理论波形和实际测量的波形。

显然，当触发脉冲后移到α=120=120°
°，由于晶闸管已不再承受正向电压，无法导通，所以，α=120=120°°时，输出电压Ua Ua =0
=0。

a) α=0°时输出电压实测波形分析
b) α=0°时晶闸管VT1两端电压的实测波形分析
=30°°时输出电压Ud和晶闸管VT1两端电压的理论波形图3-55 α=30
=60°°时输出电压Ud和晶闸管VT1两端电压的理论波形图3-56 α=60
a) α=90=90°°时输出电压的理论波形 b) α=90=90°
°时输出电压的实际测量波形 图3-57 α=90=90°
°时输出电压的理论波形和实际测量的波形
(2)结论
由以上的分析和测试可以得出：
1)1)三相全控桥式整流调光灯电路，控制角α=0=0°
°处为相邻线电压正半波的交点，改变对晶闸管施加脉冲的时间，就能改变整流电路输
出电压Ud 的波形：当α=0=0°
°时，输出电压最大；α角增大，输出电压减小，α=120=120°°时，输出电压为零。

其移相范围是α=0=0°°～120120°
°。

2)
2)三相全控桥式整流调光灯电路，在任何时候都必须由分属两个连接组的两个不同相的晶闸管同时导通，才能构成电流通路。

晶闸管
间换相间隔为120120°
°在本连接组内进行，由于共阴极和共阳极管子换相时刻相隔6060°°，因此，每隔6060°
°有一个管子换相，换相的顺序为：VT1、VT2、VT3、VT4、VT6、VT1VT1…
…
3)3)输出电压Ud 比三相半波可控整流调光灯电路增大一倍，其波形由六个不同的线电压组成，α=0=0°°时，Ud 为六个线电压的正向包络线。

电流连续时，每个晶闸管导电角θT 为120120°°，电流断续则小于120120°°电流连续与断续的分界点是α=60=60°
°。

4)
4)三相全控桥式整流调光灯电路参数的计算。

输出电压平均值的计算公式：
α≤6060°°时，θr =120 =120°
° Ud Ud Ud =2.34U2 =2.34U2 =2.34U2Ф
Фcos a α＞6060°°时，θT ＜120120°
° Ud Ud Ud =2.34U2 =2.34U2 =2.34U2Ф
Ф[l+cos(π／3+a)] 负载电流平均值的计算公式：
Id = Id = Id = Ud Ud Ud /Rd
/Rd 晶闸管平均电流IdT
IdT IdT IdT=Id (00
=Id (00≤a ≤1200) 晶闸管可能承受的最大电压为：
UTM=U2UTM=U2UTM=U2Ф
Ф=2.45U2
例3-2有一三相全控桥式整流电路接电阻性负载，接在次
级电压U2U2ФФ为200V 的三相变压器上。

控制角α=60=60°
°时，整流输出电压平均值Ud 是多少？控制角α=90=90°
°时，整流输出电压平均值Ud 是多少？
解：控制角α=60=60°
°时，整流输出电压平均值 Ud Ud Ud=2.34 U2=2.34 U2=2.34 U2Ф
Фcos α=2.34×200×cos600=234V 控制角α=90=90°
°时，整流输出电压平均值 Ud Ud Ud=2.34 U2=2.34 U2=2.34 U2ФФ[l+cos(π／ 3+a)]=2.34×200×[l+cos(600+900)]=62.7V
2．触发电路工作原理的分析
三相全控桥式整沆调光灯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，U相分别接共阴极组编号为VT1的管子和共阳极组编号为VT4的管子(U相可任意指定但相序不能反)；V相分别接VT3和VT6；W相分别接VT5和VT2，这样就可以保证触发脉冲与管子导通的顺序为
60°°。

1—2—3—4—5—6，间隔为60
三相全控桥式整流调光灯电路在任何时刻都必须有两
只晶闸管同时导通，而且其中一只是在共阴极组，另一只
在共阳极组。

为了保证电路能启动工作，或在电流断续后
再次导通工作，必须对两组中应导通的两只晶闸管同时加
触发脉冲，通常采用的触发方式有双窄脉冲触发和单宽脉
冲触发两种
(1)采用双窄脉冲触发
(1)
图3-58所示为双窄脉冲。

触发电路送出的是窄的矩形脉冲(宽度
18°°～20
20°°)。

在送出某一相晶闸管脉冲的同时，向前一相晶闸一般为18
管补发一个触发脉冲，称为补脉冲（或辅脉冲）。

在送出Ug3触发VT3的同时，触发电路也向VT2送出U1g2辅脉冲，故VT3与VT2同时被触发导通，输出电压Ud为UVW。

图3-58双窄脉冲
(2)
(2)采用单宽脉冲触发 图3-59所示为单宽脉冲，每一个触发脉冲的宽度大于6060°°而小于120120°
°（一般取 808080°°～9090°°为宜），这样在相隔6060°
°要触发换相时，当后一个触发脉冲出现时刻，前一个脉冲还未消失，这样就保证在任一换相时刻都有相邻的两个晶闸管有触发脉冲。

例如，在送出Ug3触发VT3的同时，由于Ug2还未消失，故VT3与VT2便同时被触发导通，整流输出电压Ud 为UVW 。

图3-59单宽脉冲
显然，双窄脉冲的作用和宽脉冲的作用是一样的，但是双窄脉冲触发可减少触发电路的功率和脉冲变压器铁心体积。

本任务采用的触发装置同样为KC26集成化六脉冲触发组件（或TC787集成触发器），该装置送出的脉冲即为双窄脉冲。

触发电路如图3-60所示。

图3-60触发电路
五、知识拓展
晶闸管的过电压及其保护
凡超过正常工作时晶闸管应承受的最大峰值电压称为过电压。

电路中过电压的种类主要有：
(1)由于电网遭受雷击或从电网侵入的干扰过电压，称为浪涌过电
(1)
压。

(2)由于电路中某个部位线路发生通断使电感元件积聚的能量骤然
(2)
释放而引起的过电压，又叫操作过电压。

采取保护措施的目的是使操作过电压限制在晶闸管的额定电压UTN 以下，将偶然性浪涌电压限制在晶闸管的断态和反向不重复峰值电压UDSM和URSM以下。

按过电压保护的部位来分，有交流侧保护、直流侧保护和元件保护，常用的保护措施有：RC阻容保护、硒堆、压敏电阻及避雷器等几种。

1．交流侧过电压及其保护
(1)交流侧过电压的产生
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：
1)由于雷击等原因由电网侵入，产生幅值高达变压器额定电压的 1)
5～10倍浪涌电压；
2)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 2)
间，由于一、二次绕组之间存在分布电容使高压耦合到低压而产生的操作过电压；
3)与整流装置并联的其他负载切断时或整流装置的直流侧快速开关 3)
切断时，因电源回路电感产生感应电动势造成过电压；
4)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 4)
流突变导致二次侧感应瞬时过电压。

(2)交流侧过电压保护器件
1) RC阻容吸收电路。

阻容吸收电路参数是以变压器铁芯磁场放出来的
能量转化成电容器电场的能量为依据的。

利用电容两端电压不能突变的特点，把RC串联电路并联在电路上，可以有效地抑制尖峰过电压，串电阻的目的是为了在能量转化过程中消耗掉部分能量，并且抑制LC回路的振荡。

交流侧阻容吸收电路的几种接法如图3-61所示。

a) 单相联结
b) 三相Y形联结
d) 三相整流联结c) 三相△形联结 d)
图3-61 交流侧阻容吸收电路的几种接法
2)非线性电阻保护。

阻容保护只能把操作过电压抑制在允许范围之 2)
内，一旦雷击或其他原因，从电网侵入更高的浪涌电压时，必须在采用阻容保护同时设置类似稳压管稳压原理的非线性电阻（硒堆或压敏电阻）保护，即浪涌吸收器保护。

硒堆由成组串联的硒整流片构成，图3-62所示为硒堆保护几种接法。

图3-62a为单相时的接法。

单相时用两组对接后再与电源并联；图3-62b、图3-62c为三相的接法，三相时用三组对接成Y形或用六组接成D形。

在正常电压时，硒堆总有一组处于反向工作状态，漏电流很小；当出现一般性的过电压时，处于反状态的一组硒堆，反向电阻降低，漏电流增大，以吸收一般的过电压能量；当异常的浪涌过电压来到时，硒堆被反向击穿，漏电流猛增以吸收浪涌能量，从而限制了过电压的数值。

硒片击穿时，表面会烧出灼点，但浪涌电压过去之后，整个硒片自动恢复正常保护功能。

a) 单相联结 b) 三相Y形联结
c) 三相△形联结
金属氧化物压敏电阻是由氧化锌、氧化铋等烧结制成的非线性电阻元件，正常电压时呈高阻态，漏电流仅是微安级，故损耗小；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，加之它还有体积小等特点，保护接线方式如图3-63
所示。

a) 单相联结 b) 三相Y 形联结 c) 三相△形联结
22．直流侧过电压及其保护
直流侧也可能发生过电压。

当整流桥中某两桥臂突然阻断（如快熔熔断或晶闸管管心烧断）时，因大电感Ld释放能量而产生高压，并通过负载加在关断的晶闸管上，有可能使管子硬开通而损坏。

在直流侧快速开关（或熔断器）断开过载电流时，变压器中的贮能释放，会在开关和整流桥两端产生过电压。

虽然交流侧保护装置能适当地抑制这种过电压，但因变压器过载时贮能较大，过电压仍会通过导通着的晶闸管反映到直流侧。

直流侧保护可采用与交流侧保护相同的方法，如图3-64所示，对于容量较小装置，可采用阻容保护抑制过电压；如果容量较大，采用阻容保护，将影响系统的快速性，此时应选择硒堆或压敏电阻保护。

图3-64晶闸管直流侧过电压保护
33
．晶闸管关断过电压及其保护
关断过电压保护最常用的方法是，在晶闸管两端并联RC吸收电路，如图3-65所示。

利用电容的充电作用，可降低晶闸管反向电流减小的速度，吸收关断过电压，把它限制在允许范围内。

实用时为了防止电路振荡和限制管子开通损耗和电流上升率，阻容吸收电路要尽量
靠近晶闸管，引线要短最好采用无感电阻。

图3-65 晶闸管两端并联阻容吸收电路
六、巩固练习
1．判断题
(1)三相桥式可控整流电路中，每只晶闸管承受的最高正反向电压值为 (1)
变压器二次相电压的最大值。

( )
=0°°处为相邻线电压正半 (2)三相全控桥式整流调光灯电路，控制角α=0
波的交点。

( )
(3)三相全控桥式整流调光灯电路，电流连续时，每个晶闸管导电角θ
=60°°。

120°°，电流连续与断续的分界点是α=60
T为120
120°°，电流断续则小于120
( )
(4)三相全控桥式整流调光灯电路，在任何时候都必须由分属两个连接组的两个不同相的晶闸管同时导通，才能构成电流通路。

（）
(5)三相全控桥式整流调光灯电路输出电压Ud比三相半波可控整流调光 (5)
灯电路增大一倍，其波形由六个不同的线电压组成。

（）
2．选择题
(1)三相全控桥式整流电路的触发方式不能采用( )方式。

(1)
A A．单窄脉冲
B B．双窄脉冲
C C．单宽脉冲
D D．双宽脉冲
(2)在三相桥式全控整流电路中( )。

A A．晶闸管上承受的电压是三相相电压的峰值，负载电压也是相电压
B B．晶闸管上承受的电压是三相线电压的峰值，负载电压也是线电压
C C．晶闸管上承受的电压是三相相电压的峰值，负载电压是线电压
D D．晶闸管上承受的电压是三相线电压的峰值，负载电压是相电压
3
3．问答与计算 (1)试画出三相全控桥式整流调先灯电路α=30=30°
°时，输出电压Ud 波形和VT3晶闸管的波形。

(2)试画出三相全控桥式整流调光灯电路α=60=60°
°时，输出电压Ud 波形和VT5晶闸管的波形。

(3)三相全控桥式整流电路接电阻性负载，接在次级电压 U2U2ФФ为220V 的三相变压器上。

求：①控制角α=30=30°
°时， 整流输出电压平均值Ud Ud = =？②控制角α=90=90°
°时，整流输出电压平均值Ud Ud==？。