电力电子技术第2章 三相相控整流电路

(2-18)
(2-19)
第2章 三相相控整流电路
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2.2.2 控制角α＞0°时的整流过程
当α＞0°时，每个晶闸管都不在自然换流点换流，而是 后移一个α角开始换流，图 2-9、 图2-10、图2-11所示分别为 α=30°、60°、90°时电路的电压波形。
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图2-9 三相全控桥式大电感负载α=30° (a) 输入电压；(b) 输出电压；(c) 晶闸管上的电压
通120°。
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图2-2 三相半波可控整波电路电阻性负载α=30° (a) 电源相电压；(b) 触发脉冲；(c) (d) 晶闸管V1上的电流；(e) 晶闸管V1上的电压
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图2-3所示是三相半波可控整流电路电阻性负载α=60°时 波形。设V3已工作，电路输出c相相电压uc。当uc过零变负时， V3因承受反压而关断，此时V1虽已承受正向电压，但因 其触发脉冲ug1尚未来到，故不能导通。此后，直到ug1到来前 的一段时间内，各相都不导通，输出电压、电流都为零。当
(2-2)
第2章 三相相控整流电路
(3) 负载电流的平均值为
流过每个晶闸管的平均电流为
12 (2-3) (2-4)
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流过每个晶闸管电流的有效值为
13 (2-5)
(2-6)
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(4) 从图2-1(f)可看出，晶闸管所承受的最大反向电压为
电源线电压的峰值，即
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图2-7 三相全控桥式整流电路
第2章 三相相控整流电路
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2.2.1 控制角α=0°时的整流过程
1. 电路整流过程
图2-8所示是控制角α=0°时三相全控桥式整流电路中的 主要波形。为分析方便，把一个周期分为六段(即图2-8(a)中 (1)~(6)段)，每段相隔60°。
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2.1 三相半波相控整流电路 2.2 三相全控桥式整流电路 2.3 三相半控桥式整流电路 2.4 变压器漏电抗对整流电路的影响 2.5 三相整流电路应用实例分析
第2章 三相相控整流电路
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2.1 三相半波相控整流电路
三相半波相控整流电路是最基本的三相可控整流形式， 其余的三相可控整流电路都可看做是由三相半波相控整流电 路以不同方式串联或并联组成的。
(2-11)
(2-12)
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流过续流二极管的电流平均值和有效值分别为
23 (2-13)
(2-14)
第2章 三相相控整流电路
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2.1.3 反电势负载整流电路
串联平波电抗器的电动机负载就是一种反电势负载。当
电感L足够大时，负载电流id波形近似于一条直线，电路输出 电压ud的波形及计算与大电感负载时的一样。但当L不够大或 负载电流太小，L中储存的磁场能量不足以维持电流连续时， 则ud的波形中出现由反电势E形成的阶梯，Ud的计算不再符合 前面介绍的计算公式。
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(4) 图2-8(e)所示为流过变压器次级和电源线电流的波形。 (5) 图2-8(f)所示为晶闸管所承受的电压波形。 可以看出，晶闸管所承受最大正、反向电压均为线电压
峰值，即
(2-17)
第2章 三相相控整流电路
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(6) 脉冲的移相范围在大电感负载时为0°～90°。 (7) 流过晶闸管的电流与三相半波时相同，电流的平均值 和有效值分别为
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(2) 由于每相导电情况相同，故只需在1/3周期内求取电 路输出电压的平均值，就是一个周期内电路输出的电压平均
值。
当α≤30°时，电流电压连续，输出直流电压平均值为
式中，U2j为变压器次级相电压有效值。
(2-1)
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当30°＜α≤150°时，电路输出电压ud、输出电流id的波 形断续(参见图2-3)，导通角 θ=150°－α。 可求得输出电压 的平均值为
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2.1.4 共阳极整流电路
图2-6(a)所示电路为将三只晶闸管阳极连接在一起的三相 半波可控整流电路，称为共阳极接法。这种接法可将散热器
连在一起，但三个触发电源必须相互绝缘。共阳极接法时的
晶闸管只能在相电压的负半周期工作，其阴极电位为负且在
有触发脉冲时导通，换相总是换到阴极电位更负的那一相去。
个交流输入端子和两个直流输出端子，使用时依据厂家标注 正确接入电源和负载。
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图2-12 MTS模块
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2.3 三相半控桥式整流电路
三相全控桥式整流电路的可控性高，可以输出正、反两 个方向的直流电压，但由于要控制六个晶闸管的导通和关断， 因此控制电路复杂，成本高，且移相范围有限。在不需要输 出正、反两个方向直流电压的应用中，常采用三相半控桥式 整流电路，其电路形式如图2-13所示。
与三相整流电路类似，在实际实用中，通常采用三相全
控桥式电路的集成模块，用MTS表示，字母的含义是： M：模块； T：普通晶闸管； S：三相桥式电路。
第2章 三相相控整流电路
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图2-12所示为某厂家生产的这种集成三相桥式模块的外 形图。可以看到，厂家将其内部电路清楚地标注在模块的表
面，与我们讨论的三相全控桥式整流电路完全相同，它有三
相电压负半周期的交点就是共阳极接法的自然换流点。
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共阳极整流电路的工作情况、波形及数量关系与共阴极
接法相同，仅输出极性相反，其输出电Байду номын сангаас波形和三个晶闸管
中电流波形如图2-6(b)、(c)、(d)、(e)、(f)所示。均为负值。 大电感负载时，Ud的计算公式为
(2-15)
式中，负号表示电源零线是负载电压的正极端。
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2.2 三相全控桥式整流电路
三相全控桥式整流电路是由一组共阴极接法的三相半波 可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串 联而成，如图2-7所示，因此整流输出电压的平均值Ud为 三相半波可控整流时的两倍，在大电感负载时为
式中，U2L为变压器次级线电压有效值。
(2-16)
第2章 三相相控整流电路
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(3) 由式(2-7)可知，当α=0°时，Ud为最大值；当α=90° 时，Ud=0。因此大电感负载时三相半波整流电路的移相范围 为0°～90°。
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三相半波可控整流电路带电感性负载时，可以通过加接
续流二极管解决因控制角α接近90°时输出电压波形出现正、 负面积相等而使其平均电压为零的问题，电路形式如图 2-5(a) 所示。图2-5(b)、(c)是加接续流二极管VD后，大电感负载当 α=60°时电路输出的电压、电流波形。以a相为例，当 a相电压过零使电流有减小的趋势时，由于电感L的作用，产 生自感电势eL，其方向与电流id的方向一致，因此使续流二极 管VD导通，此时电路输出电压ud为二极管两端电压近似为零， 电感L释放能量使输出电流id保持连续。由于a相电流为零使 V1管关断，当V2管的触发脉冲ug2使V2触发导通后，b相相电 压使二极管VD承受反压而截止，电路输出b相相电压。重复 上述过程。
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图2-10 三相全控桥式大电感负载α=60° (a) 输入电压；(b) 输出电压；(c) 晶闸管上的电压
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图2-11 三相全控桥式大电感负载α=90° (a) 输入电压；(b) 输出电压；(c) 晶闸管上的电压
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2.2.3 MTS型三相全控桥模块
最大正向电压为电源相电
压的峰值，即
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2.1.2 大电感负载的整流过程
大电感负载电路如图2-4(a)所示。
(1) 由图中可看出晶闸管承受的最大正、反向电压均为线
电压峰值
，这一点与电阻性负载时晶闸管承受
的正向电压是不同的。
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(2) 输出电压的平均值Ud可由输出电压ud的波形从 内积分求得：
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图2-5
(a) 电路；(b) 输出电压；(c) 输出电流
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很明显，输出电压ud的波形与纯电阻负载时的一样，Ud 的计算公式也与电阻性负载时的相同。一个周期内，晶闸管
的导通角θV=150°－α。续流二极管在一个周期内导通三次， 因此其导通角θVD=3(α－30°)。流过晶闸管的平均电流和电 流的有效值分别为
负载电流的平均值为
(2-7)
(2-8)
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流过晶闸管的电流平均值与有效值为
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(2-9) (2-10)
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图2-4 三相半波可控整流电路大电感负载α=60° (a) 电路；(b) 电源相电压；(c) 触发脉冲； (d) 输出电流；(e) 晶闸管上的电压
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图2-6 (a) 电路；(b) 输(e)出V电2上压的；电(c流) 输；出(f)电V流3上；的(d电) V流1
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2.1.5 三相半波相控整流电路的特点 三相半波相控整流电路具有以下特点： (1) 晶闸管承受的最大电压为电源线电压峰值。 (2) 控制角α的最大移相范围为150°。当负载为大电感负
载时，控制角为90°。 (3) 对于共阴极电路，只在电源电压为正时才能触发导通，
自然换相点在三相电压正弦波正半周期的交点处；对于共阳 极电路，只在电源电压为负时才能触发导通，自然换相点在 三相电压正弦波负半周期的交点处。
电流连续时, 整流输出电压的平均值为Ud=±1.17U2f cosα。
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图2-1 三相半波可控整流电路电阻性负载α=0° (a) 电路；(b) 电源相电压；(c) 触发脉冲；(d)
(e) 晶闸管V1上的电流；(f) 晶闸管V1上的电压
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图2-2所示是三相半波可控整流电路电阻性负载α=30°时 的波形。设V3已导通，负载上获得c相相电压uc。当电源 经过自然换流点ωt0时，因为V1的触发脉冲ug1还没来到，因 而不能导通，而uc仍大于零，所以V3不能关断而继续导通， 直到ωt1处，此时ug1触发V1导通，V3承受反压关断，负载电 流从c相换到a相。以后如此循环下去。从图2-2(b)中可看出， 这是负载电流连续的临界状态，一周期中每只晶闸管仍导
第2章 三相相控整流电路
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由上分析可知：
(1) 当控制角α=0°时，输出电压最大；α增大，输出电压 减小。当α=150°时，输出电压为零，所以最大移相范围为 150°。当α≤30°时，电流(压)连续，每相晶闸管的导通角θ 为120°；当α＞30°时，电流(电压)断续，导通角θ小于 120°，导通角为θ=150°－α。
第2章 三相相控整流电路
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图2-8 三相全控桥式大电感负载α=0° (a) 输入电压；(b) 晶闸管导通情况；(c) 触发脉冲；(d)
(e) 变压器次级电流及电源线电流；(f) 晶闸管上的电压
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2. 整流波形分析 由以上分析可得出如下几点： (1) 三相全控桥式整流电路在任何时刻必须保证有两个不 同组的晶闸管同时导通才能构成回路。 (2) 为了保证整流装置启动时共阴与共阳两组各有一个晶 闸管导通，或由于电流断续后能使关断的晶闸管再次导通， 必须对两组中应导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。 (3) 整流输出电压ud由线电压波头uab、uac、ubc、uba、uca 和ucb组成，其波形是上述线电压的包络线。
ug1到来时，V1导通，输出电压为a相相电压ua。依次循环。当 控制角α继续增大时，整流电路输出电压ud将继续减小；当 α=150°时，ud就减小到零。
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图2-3 三相半波可控整流电路电阻性负载α=60° (a) 电源相电压；(b) 触发脉冲；
(c) 输出电压、电流；(d) 晶闸管V1上的电压
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2.1.1 电阻性负载的整流过程
三相半波(又称三相零式)可控整流电路如图2-1(a)所示。 图中T是整流变压器，也可直接由三相四线电源供电。 三只晶闸管的阴极连在一起，称为共阴极接法。共阴极接法
在触发电路中有公共线时，连接比较方便，所以得到了广泛
应用。
第2章 三相相控整流电路