电力电子技术课程设计---三相半波整流电路

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1 三相半波整流电路的负载分析

1.1 引言

单相整流电路线路简单，价格便宜，制造、调整、维修都比较容易，但其输出的直流电压脉动大，脉动频率低。又因为它接在三相电网的一相上，当容量较大时易造成三相电网不平衡，因而只用在容量较小的地方。一般负载功率超过4kw要求直流电压脉动较小时，可以采用三相可控整流电路。

半波整流电路是一种实用的整流电路。它由电源变压器B 、整流二极管D 和负载电阻Rfz ，组成。变压器把市电电压（多为220伏）变换为所需要的交变电压e2，D 再把交流电变换为脉动直流电。

图1 半波整流电路

变压器砍级电压e2，是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它的波形如图所示。在0～K时间内，e2为正半周即变压器上端为正下端为负。此时二极管承受正向电压面导通，e2通过它加在负载电阻Rfz上，在π～2π时间内，e2为负半周，变压器次级下端为正，上端为负。这时D承受反向电压，不导通，Rfz，上无电压。在π～2π时间内，重复0～π时间的过程，而在3π～4π时间内，又重复π～2π时间的过程…这样反复下去，交流电的负半周就被"削"掉了，只有正半周通过Rfz，在Rfz上获得了一个单一右向（上正下负）的电压，如图所示，达到了整流的目的，但是，负载电压Usc。以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。

这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整流。不难看出，半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低（计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压Usc =0.45e2 ）因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。

图2 正弦波图形

1.2 设计任务

设计指标：输入电压：三相交流380伏、50赫兹；

输出功率：2KW；输出电压：DC110V；

用集成电路芯片或分立元件组成触发电路；

负载性质：电阻(10Ω)、电阻(10Ω)电感(10mH)。

当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源供电。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路。

2 三相半波整流电路阻感负载

2.1三相半波整流电路带电阻负载

为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波电流流入电网。三个晶闸管分别接入a,b,c三相电源，它们的阴极连接在一起，称为共阴极接法，这种接法触发电路有共端连接方便假设将电路中的晶闸管换作二极管并用VD表示，该电路就成为三相半波不可控整流电路，以下首先分析其工作情况。此时，三个二极管对应的相电压中哪一个的值较大，则该相对应的二级管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相的相电压。

在一个周期中，器件工作情况如下：在wt1～wt2期间，a相电压最高，VD1导通;在wt2～wt3期间，b相电压最高，VD2导通，在wt3～w t4期间，c相电压最高，VD3导通。此后，在下一周期相当于wt1的位置即 wt4的时刻，VD1又导通，如此重复前一周期的工作情况。因此，一周中 VD1，VD2，VD3轮流导通。每管各导通120°。在相电压的交点wt1，wt2，wt3处，均出现了二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移，称这些交点为自然换相点。对三相半波可控整流电路而言，自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角α的起点，即α=0°，要改变触发角只能在此基础上增大，即沿时间坐标轴右移。若在自然换相点处触发相应的晶闸管导通，则电路的工作情况与以上分析的二极管整流工作情况一样。

三相半波整流电路

当α=0°时，变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形如图所示，另两相电流波形形状相同，相位依次滞后120°，可见变压器二次绕组电流有直流分量。增大α的值，将脉冲后移，整流电路的工作情况发生相应的变化。对于α=30°的波形，从输出电压电流的波形可以看出，这时负载电流处于连接和断续的临界状态，各相仍导电120°。

如果α﹥30°，例如α=60°时，整流电压的波形如图所示，当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断。此时下一相晶闸管虽承受正电压，但它的触发脉冲还未到，不会导通，因此输出电压电流均为零，直到触发脉冲出现为止。这种情况下，负载电流断续，各晶闸管导通角为90°小于120°。

若α角继续增大，整流电压将越来越小，α=150°时，整流输出电压为零。固电阻负载时α角的移相范围为 150°。

2.2 阻感负载

如果负载为阻感负载，且L值很大，则整流电路Id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。

α≤30°时，整流电压波形与电阻负载时相同，因为两种负载情况下，负载电流均连续。α﹥30°时，例如α=60°时的波形如图，当U2过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT1继续导通，直到下一相晶闸管VT2的触发脉冲到来，才发生换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断。这种情况下Ud波形中出现负的部分，若α增大，Ud波形中负的部分将增多，至α=90°。

3 设计方案选择及论证

3.1电阻性负载

如图3三只整流二极管换成三只晶闸管，如果在wtl、wt3、wt5时刻，分别向这三只晶闸管VT1、VT3、VT5施加触发脉冲，ug1,ug3，ug5,则整流电路输出电压波形与整流二极管时完全一样，如图5所示，为三相相电压波形正向包络线。

从图中可以看出，三相触发脉冲的相位间隔应与三相电源的相位差一致，即均为120°。每个晶闸管导通120°，在每个周期中，管子依次轮流导通，此时整流电路的输出平均电压为最大。如果在wtl、wt3、wt5时刻之前送上触发脉冲，晶闸管因承受反向电压而不能触发导通，因此把它作为计算控制角的起点，即该处的a=0。。若分析不同控制角的波形，则触发脉冲的位置距对应相电压的原点为30°+a

图4是三相半波可控整流电路电阻性负载口a =30。时的波形。设电路图5己在工作，