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图2－2 三相桥式全控电阻负载整流电路的输出 电压波形和触发脉冲顺序（a＝０°）
• 分析三相桥式全控整流电路时，根据晶闸管的换相情 况，把一个交流电周期分成六个相等的期间（即 ωt1 ～ ωt2 ， ωt2 ～ ωt3 ， ωt3 ～ ωt4 ， ωt4 ～ ωt5 ， ωt5～ωt6，ωt6～ωt7，）来讨论。 • 当触发延迟角a＝０°时，整流电路的六个相等的期间 如图2－2所示。电路的工作过程如下： • 在ωt1～ωt2期间，Ｕ相电压最高，Ｖ相电压最低，若 在ＶＴ1、ＶＴ6门极上加上触发脉冲，则ＶＴ1、ＶＴ 6同时导通，电流的流向为Ｕ相→ＶＴ1→Ｒ ｄ →ＶＴ 6→Ｖ相，负载Ｒｄ上得到Ｕ、Ｖ相线电压，即ｕd＝ｕ ｕｖ。 • 在 ωt2 ～ ωt3 期间，Ｕ相电压仍保持最高，所以ＶＴ1 继续导通。由于此时Ｗ相电压较Ｖ相电压更低，故触 发ＶＴ2，则ＶＴ2导通。ＶＴ2导通后，使ＶＴ6承受 反向电压而关断，电流从ＶＴ6换到ＶＴ2。电流从Ｕ 相→ＶＴ1→Ｒｄ→ＶＴ2→Ｗ相，负载Ｒｄ上得到Ｕ、 Ｗ相线电压，即ｕd＝ｕｕw。 •
Ｉd＝2.34cosa （当0°≤a≤60°） （2－3） • Ｉd＝2.34［1+cos（60°+a ）］（当60°≤a≤120°）（2－4） • 流过每个晶闸管的平均电流ＩＴＡＶ为负载电流Ｉｄ的三分之一即 • ＩＴＡＶ＝Ｉｄ／3 （2－5） • 每个晶闸管可能承受的最高正、反向电压ＵTm为三相交流电线电压的峰值，
• 3）触发电路在输出uｇ１、uｇ3后，经过一段时间的延时，又输出u ｇ2，使ＶＴ2触发导通。电容上的电压ＵＣ，通过ＶＴ2使ＶＴ1承 受反向电压而关断，如图2-9c所示。负载电流通过ＶＴ2对电容Ｃ 重新充电，充电完毕时，ＶＴ2又关断。ＶＴ2关断后，电动机Ｍ 由二极管ＶＤ续流。此时，电容上电压ＵＣ 的极性又如图2-9a所 示，为下一个工作周期作好了准备。然后，再重复上述2）、3） 的过程。 • 由上述分析可知，ＶＴ1是按一定的周期Ｔ进行通断工作的，即斩 波器输出电压的周期是固定的。而从ＶＴ1触发导通到ＶＴ2触发 导通（ＶＴ1关断）这段时间，就是斩波器输出电压的脉宽，它是 由触发电路中的延时电路来决定的，因此调节触发延时时间，即 可改变脉宽。脉宽越大，电动机的工作电压越高，转速也越高； 反之，脉宽越小，电压就越低，转速也就越低。为使电动机升到 最高速，可将ＶＴ２的触发脉冲uｇ2短接，使ＶＴ2无法导通而Ｖ Ｔ1始终导通，则电动机在全电压下以最高速运转。因此，该逆阻 型斩波器为定频调宽式斩波器。
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应当注意，若大电感负载并接了续流二极管，由于此续流二极管的作用， 使电路中的晶闸管能够得到及时关断，从而使整流输出电压ud的波形不再出 现负值，因此这种电路输出电压平均值Ｕd的计算公式将与电阻负载时相同。
• 三、三相桥式全控整流电路对触发脉冲的要求 • 1、三相全控桥电路在任何时刻，共阴极组和共阳极组 中必须各有一个晶闸管同时被触发导通，才能形成电 流通路。 • 2、共阴极组晶闸管和共阳极组晶闸管的组内换相间隔 为120°，即每组中各晶闸管的触发脉冲之间相位差为 120°。 • 3、接在同一相上的两个晶闸管的触发脉冲扔相位差为 180°。 • 4、共阴极组晶闸管和共阳极组晶闸管的换相点之间相 隔60°，即三相全控桥每隔60°就要进行一次换相， 因此每隔60°要触发一个晶闸管。触发脉冲顺序是 1→2→3→4→5→6→1…依次下去，而相邻两个脉冲之 间相位差为60°。
图2－6 三相全控桥的触发脉冲 a）宽触发脉冲 b）双窄触发脉冲
第二节
斩波器
• 一、斩波器 • 1．斩波器的基本工作原理 斩波器是接在直流电源与负载电路之 间，用以改变加到负载电路上的直流平均电压的一种装置。有时， 也称之为直流-直流变压器。在晶闸管斩波器中，把晶闸管作为直 流开关，通过控制其通断时间的比值，在负载上便可获得大小可 调的直流平均电压Ｕd，如图2-7所示。
图2-9 逆阻型斩波器及其工作过程
• 1）主电路接通蓄电池后，给副晶闸管ＶＴ2加上触发 脉冲Ｕｇ2，使之导通，电源对换流电容Ｃ充电，ＵＣ逐 渐上升，其极性如图2-9a所示。当ＵＣ上升接近电源电 压 Ｅ ，而充电电流小于ＶＴ2的维持电流时，ＶＴ2便 自行关断。 • 2）由触发电路按一定的周期Ｔ，同时输出输出uｇ１、 uｇ2，分别触发导通ＶＴ1、ＶＴ3，并起动内部延时电 路（其延时时间 可调节）。ＶＴ1、ＶＴ3导通后，电 动机Ｍ得电，起动运转。同时，电容Ｃ通过导通的Ｖ Ｔ1、ＶＴ3与Ｌ1组成振荡回路，电容Ｃ便通过此回路 释放其储能，形成振荡电流。振荡电流使电容 Ｃ 在放 电结束后又被反向充电。经过约半个振荡周期，此振 荡电流趋于零时，ＶＴ3便自行关断，而ＶＴ1依然继 续导通，此时，电容Ｃ上电压ＵＣ的极性如图2-9b所示。
图2-1 三相桥式全控电阻负载整流电路
图2－2所示为三相桥式全控电阻负载整流电路在 触发延迟角a＝０°时的输出电压波形和触发脉 冲顺序。触发延迟角a＝０°，表示共阴极组和 共阳极组的每个晶闸管在各自的自然换相点触发 换相。在a＝０°的情况下，对共阴极组晶闸管 而言，只有阳极电位最高一相的晶闸管在有触发 脉冲时才能导通；对共阳极组晶闸管而言，只有 阴极电位最低一相的晶闸管在有触发脉冲时才能 导通。
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第二章： 第二章：晶闸管变流技术
• 第一节：三相桥式全控整流电路 • 第二节：斩波器 • 第三节：逆变电路
第一节：三相桥式全控整流电路
• 可控整流电路从相数来分，有单相、两相、三相、六 相等多种；从控制方式来分，有半控、全控两种. • 一、电阻负载 • 图2-1为a＝０°它是由三相半波晶闸管共阴极整流电 路和三相半波晶闸管共阳极整流电路串联组成的。为 使6个晶闸管按ＶＴ1→ＶＴ2→ＶＴ3→ＶＴ4→ＶＴ 5→ＶＴ6→ＶＴ1…的顺序触发导通，晶闸管的编号顺 序为：ＶＴ1和ＶＴ4接Ｕ 相，ＶＴ3和ＶＴ6接Ｖ相， ＶＴ5和ＶＴ2接Ｗ相。其中，ＶＴ1、ＶＴ5组成共阴 极组，ＶＴ2、ＶＴ4、ＶＴ6组成共阳极组。
• 依此类推，可分析出电路在ωt4～ωt5（ＶＴ3、 ＶＴ4导通）、 ωt5 ～ ωt6 （ＶＴ4、ＶＴ5导 通）、 ωt6 ～ ωt7 （ＶＴ5、ＶＴ6导通）期间 的工作情况，如图2－2所示。电路在 ωt7 以后 的工作情况将重复上述过程。 • 因此，三相桥式全控整流电路中，晶闸管循环 导通的顺序是：ＶＴ6、ＶＴ1→ＶＴ1、ＶＴ 2→ＶＴ2、ＶＴ3→ＶＴ3、ＶＴ4→ＶＴ4、Ｖ Ｔ5→ＶＴ5、ＶＴ6→ＶＴ6、ＶＴ1…。
图2-8 直流斩波器输出电压波形 a）定频调宽 ｂ）定宽调频 c）调频调宽
• 晶闸管斩波器作为一种直流调压装置，常用于直流电 动机的调压调速。目前，斩波器已广泛应用于电力牵 引方面，如地铁、电力机车、城市电车、蓄电池电动 车等。 • 晶闸管斩波器，主要有采用普通晶闸管的逆阻型斩波 器和采用逆导型晶闸管的逆导型斩波器两种。下面仅 介绍逆阻型斩波器。 • 2．逆阻型斩波器 图2-9所示为用于蓄电池电动车辆 的逆阻型斩波器的主电路，它是由ＶＴ1主晶闸管、Ｖ Ｔ2副晶闸管、ＶＴ3换流晶闸管、换流电容 Ｃ 和电感 Ｌ1 、Ｌ 2 组成。Ｍ为串励式直流电动机，Ｌ3 为电动机 的串励绕组，ＶＤ为续流二极管。 •＝
2 ×（ 3 Ｕ2
ϕ ）＝
6 Ｕ
2
ϕ （2－6）
• 二、电感性负载 • 在工业生产中，三相桥式全控整流电路的负载多数是 电感性负载如电动机的励磁绕组、电感线圈、滤波电 抗器等。三相桥式全控整流电感性负载电路如图2－4 所示。
图2－4 三相桥式全控整流电感性负载电路
• 实际感性负载一般满足ωＬｄ＞＞Ｒｄ，为大电感负载。 图2－5所示为三相桥式全控整流电路大电感负载在a＝ 30°、60°、90°时的输出电压波形。由图2－5可见， 当0°≤a≤60°时，其工作情况和输出电压 ud 的波形 与电阻负载时相同，ud的波形均为正值；当60°＜a＜ 90°时，由于电感的的自感电动势的作用，输出电压 ud的波形出现负值，但ud的波形的正面积大于面积，故 平均电压Ｕｄ较电阻负载时要小，但Ｕｄ仍为正值；当 a＝90°时，ud的波形的正负面积相等，故平均电压Ｕ ｄ ＝0。因此，三相桥式全控整流大电负载电路工作于 整流状态下，a最大的移相范围为0°～90°。
图2－3 电阻性负载时输出电压波形 a）ａ＝60°ｂ）ａ＝90°
• • • • • • •
三相桥式全控整流电路在纯电阻性质负载时，负载中流过的电流波形与 负载上的电压波形相同。电路中，有关电压、电流的数量关系如下： 负载两端的整流输出电压平均值为Ｕd为 Ｕd＝2.34Ｕ2ＣＯＳa （当0°≤a≤60°时，即当电压和电流波形连续时） （2－1） Ｕd＝2.34Ｕ2［1＋ＣＯＳ （60°＋a ）］（当60°≤a≤120°时，即当电 压和电流波形断续时） （2－2） 式中Ｕ2—— 变压器二次侧三相交流电的相电压（有效值）。 流过电阻负载的直流电流平均值Ｉｄ为
• 5、为了保证整流装置能合闸起动工作及在电流断续后 能使晶闸管再次导通，必须对共阴极组和共阳极组中 应导通的一对晶闸管同时加上触发脉冲。 • 为此，三相全控桥一般采用两种触发脉冲：宽触发脉 冲和双窄触发脉冲，如图2－6所示。 • 三相桥式全控整流电路输出电压脉动小、脉动频率 （6ƒ＝300ＨＺ ）高，在输出相同的直流电压下，晶闸 管承受的最大正、反向电压较小，变压器的容量也较 小，同时三相电流平衡，适用于大功率、高电压的负 载。但电路中要用6只晶闸管，触发电路也较复杂。因 此，三相桥式全控整流电路一般用于有源逆变负载或 要求可逆调速的中大量直流电动机负载。对于一般负 载，可以采用三相桥式半控整流电路。
图2-7 晶闸管直流斩波器
• 斩波器的输出电压平均值Ｕd为 （2-11） • Ｕ d ＝Ｔ • 式中 Ｅ—直流电源电压； • Ｔ—斩波器的通断周期； τ —斩波器的导通时间。 • • 由上式可知，改变电路导通比 /Ｔ，就可以改变斩波形输出 的直流平均电压。因此，调节斩波器输出电压平均值的方法有以 下三种： • 1）定频调宽法 这种方法又称为脉冲宽度调制（ＰＷＭ）方式， 其特点是保持晶闸管触发频率ƒ不变（即Ｔ不变），通过改变晶闸 管的导通时间来改变直流平均电压，见图2-8a。 • 2）定宽调频法 这种方法又称为脉冲频率调制（ＰＦＭ）方式， 其特点是保持晶闸管导通的时间不变，通过改变晶闸管触发频率ƒ 来改变输出直流平均电压，见图2-8b。 • 3）调频调宽法 这种方法又称为混合调制，其特点是同时改变晶 闸管的触发频率ƒ和导通时间，来改变直流平均电压，见图2-8c。 •