[语文]山东大学电力电子技术教材

第三章 三相可控整流电路

内容提要与目的要求

1．了解三相半波（零式）、三相全控桥（三相半控桥）式整流电路的工作原理。 2．掌握不同整流电路的波形分析，区别不同性质负载的特点。 3．掌握U d =f(α)的关系及有关参数计算。

4．掌握三相半波、三相全控桥电感负载整流变压器容量的计算。 5．掌握三相半波整流电路的换相分析。

6．了解大功率可控整流电路的结构形式和基本原理。

直流负载容量超过4kw,要求的直流电压脉动较小时,应采用三相可控整流电路,这样可以避免因单相电路造成的三相电网不平衡,提高整流电路的供电质量。

三相可控整流电路的形式很多,有三相半波（三相零式）、三相全波（三相全控桥式和三相半控桥式）、双反星形和多相整流电路等。三相半波是三相可控整流电路中最基本的电路结构,其它形式的电路都是三相半波电路的串联或并联组合。

第一节 三相半波可控整流电路

三相半波（三相零式）可控整流电路有两种基本的结构形式：三相半波共阴极组和三相半波共阳极组。为了得到零线,整流变压器二次绕组必须接成星形。为了给三次谐波电流提供通路,减少高次谐波的影响,变压器一次绕组应当接成三角形。 一、三相半波共阴极组可控整流电路

三相半波共阴极组可控整流电路是三个单相半波可控整流电路的并联组合,把三只晶闸管VT 1、VT 3、VT 5的阴极接在一起成为共阴极,其阳极分别接在三相电源的 a 、b 、c 相。共阴极作为输出电压u d 的正极,三相电源的零点作为输出电压u d 的负极。 （一）电阻性负载

三相半波共阴极组可控整流电路电阻性负载电路结构如图3-1所示。图中的R a 是变阻器,用来测量晶闸管通过的电流i T 和变压器二次侧电流i 2的波形。

i i T

i d

d

R R

图3-1 三相半波共阴极组可控整流电路电阻性负载

1.工作原理

自然换相点在各相相电压的π/6处,即ωt1、ωt2、ωt3、ωt4点,α=0o 称为自然换相点。三相半波共阴极组自然换相点是三相相电压正半周波形的交叉点,自然换相点之间互差2π/3,三相脉冲u g1、u g3、u g5也互差2π/3。

（1）α=0o 时的波形分析

U

U

U

i

图3-2 三相半波共阴极组电阻性负载α=0o 时的波形

三相半波共阴极组电阻性负载α=0o 时的输出电压波形如图3-2所示。三相脉冲u g1、u g3、u g5 分别在各对应的自然换相点ωt1、ωt2、ωt3点触发晶闸管VT1、VT3、VT5。

任一时刻,只有承受高电压的晶闸管元件才能被触发导通,输出电压u d波形是相电压的一部分,每周期脉动三次,是三相电压正半波完整包络线,输出电流i d与输出电压u d波形相同、相位相同（i d=u d/R d）。其它元件因VT1导通承受反向电压而关断。

ωt1点: u g1触发VT1,在ωt1～ωt2区间, u a＞u b、u a＞u c, a相电压最高,VT1承受正向电压而导通, 导通角θT＝2π/3, 输出电压u d＝u a。其它晶闸管承受反向电压而不能导通。VT1通过的电流i T1与变压器二次侧电流i2a波形相同,大小相等,可由R a两端测得。

ωt2点: u g3触发VT3,在ωt2～ωt3区间, 由于u a＜u b, VT3导通, u d＝u b。VT1两端电压u T1=u a-u b=-u ab。

ωt3点: u g5触发VT5,在ωt2～ωt4区间, 由于u a＜u c, VT5导通,u d＝u c。VT1两端电压u T1=u a-u c=- u ac。一周期内,VT1只导通2π/3, 其余4π/3承受反向电压而关断。

共阴极组晶闸管承受反向电压的规律是: 导通相依次减后两相。根据这条规律,不用画波形图,就可以迅速判断出晶闸管所承受的反向电压。

当α＜0o时,触发脉冲出现在自然换相点之前且脉冲宽度较窄时,会出现输出电压由高电压突然变小的现象,三只晶闸管轮流间隔导通, 输出电压u d波形是（u a-u c-u b-u a…）断续的缺相波形,使电路工作不正常,为了防止这种现象的发生,电路不能工作在α=0o。

在实际应用中,必须对最小控制角αmin进行限制。

（2）α≠0o时的波形分析

选用白炽灯泡作为电阻负载接入主回路。利用示波器观察不同α角时的u d、u T、i T1等有关波形。

用双踪示波器,可以同时观察两个波形,此时,应注意双踪示波器的共地线问题,只用一根地线或把两根地线接在一起,否则容易造成短路。

1）α=30o,脉冲u g1、u g3、u g5分别在自然换相点ωt1、ωt2、ωt3点往后移相30o触发晶闸管VT1、VT3、VT5,输出电压u d波形连续, VT1导通角θT＝2π/3,如图3-3所示。

U

U

U

i

图3-3 三相半波电阻性负载α=30o时的波形

2）α=60o,脉冲u g1、u g3、u g5分别在自然换相点ωt1、ωt2、ωt3点往后移相60o触发晶闸管VT1、VT3、VT5, 输出电压u d波形断续,VT1导通角减小θT＝π/2,晶闸管在电源电压由正到负过零点自然关断,输出电压u d波形不连续, 出现了30o的断续平台, 在u d断续区间, 晶闸管承受相电

压。断续状态下晶闸管的导通角θT=5π/6-α＜2π/3。如图3-4所示。

U

U

U

i

u

图3-4 三相半波电阻性负载α=60o时的波形

3）α=90o, u g1、u g3、u g5分别在自然换相点ωt1、ωt2、ωt3点往后移相90o触发晶闸管VT1、

VT3、VT5, 输出电压u d波形仍然断续, VT1导通角θT=π/3,如图3-5所示。