三相半波可控整流电路

u2
a =30° ua
ub
uc
O
uG O ud O i VT
第三章 三相可控整流电路
■其交流侧由三相电源供电。 ■当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波 时，应采用三相整流电路。 ■最基本的是三相半波可控整流电路。
■应用最为广泛的三相桥式全控整流电路、以及双反星形可 控整流电路、十二脉波可控整流电路等。
3.1 三相半波可控整流电路
a)
u2 b) O uG O ud O i VT
2
倍
导通角相同时，全波整流电路的功率因数比 半波整流时提高了 倍。
2
2、阻感性负载
VT2导通才始得VT1承受反压关断， 负载电流由原来VT1换到VT2供给。
电源换流：电流从一个晶闸管换到另一个晶闸管是自然进行的，用不到任何换流措施， 只是在换流瞬间，利用交流输入电压的正确极性，使得待导通的管子承受正压方能触发 导通，使已导通的管子承受反电压而判断。
α=0时，Ud= Ud0=0.9U2。α=180时，Ud=0。可见，α
角的移相范围为180。
☞向负载输出的直流电流平均值为：
Id U d 2 2U 2 1 cos a U 1 cos a 0.9 2 R pR 2 R 2
☞流过晶闸管的电流平均值 ：
I dT 1 U 2 1 cosa I d 0.45 2 R 2
☞a=0(波形见上页) √三个晶闸管轮流导通 120 ，ud波形为三个相电 压在正半周期的包络线。 √变压器二次绕组电流有 直流分量。 √晶闸管电压由一段管压 降和两段线电压组成，随 着a增大，晶闸管承受的电 压中正的部分逐渐增多。 ☞a=30 √负载电流处于连续和断 续的临界状态，各相仍导 电120。
d)
ud(id) p
a
VT4
1. 电阻负载的工作情况
a)
u1
wt
0 i2T1和VT4组成一对桥臂，VT2 和VT3组成另一对桥臂。 ☞在u2正半周（即a点电位高于b点电 位） √若4个晶闸管均不导通，id=0,ud=0, VT1、VT4串联承受电压u2。 √在触发角a处给VT1和VT4加触发 脉 冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经 VT1、R、VT4流回电源b端。 ☞当u2过零时，流经晶闸管的电流也 降到零，VT1和VT4关断。 ☞在u2负半周，仍在触发角a处触发 VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b 端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。 ☞到u2过零时，电流又降为零，VT2和 VT3关断。
a)
b)
ud id 0 a
u d( id) p
VT2和VT3 的a=0处为 wt=p
a wt
u VT
c)
1,4
0 i2 d) 0
wt
wt
图3-5 单相全控桥式 带电阻负载时电路及波形
VT1
VT3
T a) u1
i2 u2
id
1) 工作过程和特点：
（1） 0～ ωt1: U2为正，VT1 和VT4无触发脉冲截止，VT1和 VT4分担U2/2的正向电压，VT2 和VT3分担U2/2 的反向电压, Ud=0; （2） ωt1 ～ π : U2为正， VT1和VT4 由于触发脉冲UG的 作用而导通， VT2和VT3承受 U2 的反向电压， id =U2/R ； （3） π ～ ωt2(π + ωt1) ： U2为负，VT2和VT3无触发脉 冲截止，VT2和VT3分担U2/2的 正向电压，VT1和VT4分担U2/2 的反向电压, Ud=0; （4） ωt2(π + ωt1) ～ 2π : U2为负， VT2和VT3 由于触发 脉冲UG的作用而导通， VT1和 VT4承受U2 的反向电压， id =U2/R，且方向保持不变 。
图3-6 单相桥式全控整流电流带 阻感负载时的电路及波形
◆电路分析 ☞在u2正半周期 √触发角a处给晶闸管VT1和VT4加 触发脉冲使其开通，ud=u2。 √负载电感很大，id不能突变且波 形近似为一条水平线。 ☞u2过零变负时，由于电感的作用 晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不 关断。 ☞wt=p+a时刻，触发VT2和VT3， VT2和VT3导通，u2通过VT2和VT3分别 向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断， 流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和 VT3上，此过程称为换相，亦称换流。
Ud=0.9U2cosα
全波整流电路在带电感性负载时，晶闸管元件可能承受的最大正向电压为，这与带 电阻性负载时不同。
为了提高输出电压，消除输出电压中负电压部分，同时使输出
电流更加平直，在实际应用中，可加接续流二极管VD。
这时输出电压及平均电流的计算公式与电阻负载相同。
这种电路要求有带中心抽头的整流变压器，每个二次绕组一周期内只工作一半 时间，利用率低，所用晶闸管正反向耐压要求较高，故只适用于较小容量的可控整流。
1
a =0 u a wt1 w t2
ub
uc
R
id
w t3
wt
c)
wt wt
d)
e) f)
O u VT1 O u ab u ac
wt wt
图3-13 三相半波可控整流电路共阴极接 法电阻负载时的电路及a=0时的波形
■电阻负载 ◆电路分析 ☞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次谐波流入电网。 ☞三个晶闸管按共阴极接法连接, 这种接法触发电路有公共端，连线方 便。 ☞假设将晶闸管换作二极管，三个 二极管对应的相电压中哪一个的值最 大，则该相所对应的二极管导通，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电压。 ☞自然换相点 √在相电压的交点wt1、wt2、 wt3处， 均出现了二极管换相，称这些交点为 自然换相点。 √将其作为a的起点，即a=0。
当电路处于每半周的触发脉冲到来之 前，因两个晶闸管均处于阻断状态，一个管承 受正压，另一个管承受反压，其值均为u2。一 但出现触发脉冲，承受正压的晶闸管导通，处 于反压的晶闸管承担全部uab电压。 晶闸管可能承受的最 大正向电为 而最大反向电压为2
2U2
2U2
单相全波可控整流电路控制角的移相范 围及导通角的变化范围与单相半波时相同。 其输出直流电压是单相半波可控整流时的2 倍，输出电压有效值是单相半波整流时的
T
VT1 u2 u2 VT 2 ud R
ud O a i1 O
wt
wt
b)
a)
单相全波可控整流电路又称单相双半波可控整流电路。T的副边带有中 心抽头。当U2/2为上正下负时，VT1工作，当U2/2为下正上负，VT2工作。 注意此时副边的电压有效值为2U2； 单相双半波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看波形均是基 本一致的。
2.3 单相桥式全控整流电路 1、 单相半控桥式整流电路
在单相桥式二极管整流电路中，把其中 两个二极管换成晶闸管就组成单相半控桥式 整流电路。
这种电路由于对变压器的容量和晶闸管 参数的要求都比全波整流电路低，也不需要 中心抽头的变压器，因比广泛应用于中小容 量场合。
工作原理 io (1)电压u 为正半周时 a
0＜α≤90° 每一个晶闸管始终导通半个 周期即180 ° α ＝90°
若电感足够大，则负载端得 到正负面积近似相等的交流电压， Ud约等于0。 α ＞90° 负载上得到断续的电流波形， 每个晶闸管的导通角约为 2π－2α 显然，在α ＝90°时，Ud约 等于0，所以控制角只需工作在 0~90 °的范围。
io
+

T1
T2
–
b
u
RL
D1
D2
+ + uo – –
b
T2
RL
D1
a
此时，T1和D2均承受反向电压而截止。
电路功率因数、电流波形系数等 均与全波可控整流时一样。
承受的最大正反向电压为电源峰 值的 倍。
2
输出电压与控制角的关系与全波 整流时一样。
2、大电感负载
■与全控电路在电阻负载时的工作情况 相同。 ■带电感负载 ◆电路分析（先不考虑VDR ） ☞每一个导电回路由1个晶闸管和1 个二极管构成。 ☞在u2正半周，a处触发VT1，u2经 VT1和VD4向负载供电。 ☞u2过零变负时，因电感作用使电流 连续，VT1继续导通，但因a点电位低于 b点电位，电流是由VT1和VD2续流 ， ud=0。 ☞在u2负半周，a处触发触发VT3， 向VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD2 向负载供电。 ☞u2过零变正时，VD4导通，VD2关 断。VT3和VD4续流，ud又为零。
◆基本数量关系 ☞整流电压平均值为： 1 p a 2 2 Ud 2U 2 sinwtd(wt ) U 2 cosa 0.9U 2 cosa p a p 当a=0时，Ud0=0.9U2。a=90时，Ud=0。晶闸管移相范 围为90。 ☞晶闸管承受的最大正反向电压均为 2U 2。 ☞晶闸管导通角与a无关，均为 180，其电流平均值和 1 1 I dT I d和 I T 2 I d 0.707I d 。 有效值分别为： 2 ☞变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其 相位由a角决定，有效值I2=Id。
T1和D2承受正向 电压。 T1控制极加触 发电压, 则T1和D2导 通，电流的通路为 a T1 RL
+

T1
T2 RL
–
b
u
D1
D2
+ + uo – –
D2
b
T1、T2 晶闸管 D1、D2晶体管
此时，T2和D1均承受反向电压而截止。
(2)电压u 为负半周时
a T2和D1承受正向 电压。 T2控制极加触 发电压, 则T2和D1导 通，电流的通路为
2.2 单相全波可控整流电路
1、电阻性负载
ud O i1 O
a
wt
wt
a)
b)
■带电阻负载时 ◆电路分析 ☞变压器T带中心抽头。 ☞在u2正半周，VT1工作，变压器二次绕组上半部分流过电流。 ☞u2负半周，VT2工作，变压器二次绕组下半部分流过反方向的 电流。 ☞变压器也不存在直流磁化的问题。
i1 u1
p
☞流过晶闸管的电流有效值为：
IT 1 2p
a
(
2U 2 U 1 p -a sin wt )2 d(wt ) 2 sin 2a R p 2R 2p
☞变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等， 为
I I2 1
p
a
p
(
2U 2 U sinwt ) 2 d (wt ) 2 R R
u2
b)
O ud
wt a wt wt
Id Id p-a
O id i VTO i VD1 i VD 2
3
Id Id p-a
i VTO O i VD
R
4
wt wt
Id
O i2 O
a
I
wt wt
图3-11 单相桥式半控整流电路，有续流 二极管，阻感负载时的电路及波形
◆续流二极管VDR ☞若无续流二极管，则当a突然增大至180或触 发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两 个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波， 即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均 值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时 的波形，称为失控。 ☞有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成， 避免了失控的现象。 ☞续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一 个管压降，有利于降低损耗。
a ud b R
VT2
b) ud id 0 a uV T c)
1,4
ωt1 ωt 2
ud(id)
ωt1
p
a
ωt2
VT4
wt
0 i2
ωt1 ωt2
wt
d) 0
wt
◆基本数量关系 ☞晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为 和 2U 。
2
2 U2 2
☞整流电压平均值为：
2 2U 2 1 cosa 1 p 1 cosa U d 2U 2 sinwtd(wt ) 0.9U 2 p a p 2 2
2、 单相桥式全控整流电路
VT1 VT3
T i2 u2 b id a ud R
VT2
ud id 0 a uV T
1,4
晶 闸 管 VT1 和 VT4 组 成 一 对 桥 臂 ， VT2 和 VT3 组 b) 成。在实际的电路中，一 般都采用这种标注方法， 即上面为 1 、 3 ，下面为 2 、 c) 4。
T
1 p -a sin 2a 2p p
1
I I 可见： 2 ☞不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为S=U2I2。
2、带阻感负载的工作情况
u
2
O ud O id i VT i VT
1,4 2,3
wt
wt
Id Id Id Id Id
O O O i2
wt wt wt wt
u
O
VT
1,4
O
wt