[科普中國]-三相橋式全控整流電路

在工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的一種整流電路，如概述圖b所示。其實(shí)質(zhì)是一組共陰極與一組共陽極的三相半波可控整流電路的串聯(lián)，原理如概述圖a所示。習(xí)慣將其中陰極連接在一起的三個晶間管(VT1、VT3、VT5)稱為共陰極組;陽極連接在一起的三個晶閘管VT4、VT6、VT2)稱為共陽極組。三相整流變壓器采用Dy聯(lián)結(jié)，由于共陽極組在電源正半周導(dǎo)通，流經(jīng)變壓器二次繞組的是正向電流，共陰極組在電源負(fù)半周導(dǎo)通，流經(jīng)變壓器二次繞組的是反向電流，因此一個周期中，變壓器繞組中沒有了直流磁動勢，有利于減小變壓器磁通、電動勢中的諧波。此外，習(xí)慣上希望晶閘管按從1~6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極組中與a、b、e三相電源相接的三個晶閘管分別為VT1、VT3、VT5，共陽極組中與a、b、e三相電源相接的三個晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。三相橋式全控整流電路必須用雙窄脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)，其移相范圍為0°~120°，最大導(dǎo)通角為120°。它主要用于電壓控制要求高或要求逆變的場合。1

工作原理電阻性負(fù)載三相橋式全控整流電路由六只晶閘管組成,VS1、VS2、VS3、為共陰極組,VS4、VS5、VS6為共陽極組。電阻性負(fù)載的三相橋式全控整流電路如右圖。

在交流電源的一個周期內(nèi)，晶閘管在正向陽極電壓作用下不導(dǎo)通的電角度稱為控制角或移相角，用α表示；導(dǎo)通的電角度稱為導(dǎo)通角，用θ表示。在三相可控整流電路中，控制角的起點(diǎn)，不是在交流電壓過零點(diǎn)處，而是在自然換流點(diǎn)(又稱自然換相點(diǎn))，即三相相電壓的交點(diǎn)。采用雙窄脈沖觸發(fā)時，觸發(fā)電路每隔60°依次同時給兩個晶閘管施加觸發(fā)脈沖，每周期的觸發(fā)順序如右圖：

①α=0

α=0時，晶閘管在自然換流點(diǎn)得到觸發(fā)脈沖。波形圖如右圖。

設(shè)從第一個自然換流點(diǎn)算起的電角度為φ。在φ=0°時，VS1和VS5得到觸發(fā)脈沖。由右圖可看出，此時線電壓的最大值為uab，即VS1的陽極電位最高、VS5的陰極電位最低，所以VS1和VS5導(dǎo)通。忽略VS1和VS5的導(dǎo)通壓降，輸出電壓ud=uab。在此后60°期間，VS1和VS5保持導(dǎo)通，此輸出保持60°。

在φ=60°時，VS1和VS6得到觸發(fā)脈沖，由右圖可看出，此時線電壓的最大值變?yōu)閡ac，所以VS1保持導(dǎo)通，VS6導(dǎo)通，輸出電壓ud=ubc。此輸出保持60°。

在φ=120°時，VS2和VS6得到觸發(fā)脈沖，由右圖可看出，此時線電壓的最大值變?yōu)閡bc，所以VS2導(dǎo)通，VS6保持導(dǎo)通，輸出電壓ud=ubc。此輸出保持60°。

同理，此后輸出電壓依次等于uba、uca、ucb。

此時的工作情況和輸出電壓波形與三相橋式不控整流電路完全一樣,整流電路處于全導(dǎo)通狀態(tài)。

當(dāng)α>0時,品閘管導(dǎo)通要推遲α角,但品閘管的觸發(fā)、導(dǎo)通順序不變。

②α=60°

α=60°時,晶閘管在自然換流點(diǎn)之后60°得到觸發(fā)脈沖。波形圖如右圖。

在φ=60°時,VS1和VS5得到觸發(fā)脈沖,由右圖可看出,此時線電壓的最大值為uac,由于VS6沒有得到觸發(fā)脈沖不能導(dǎo)通,而uab大于零,所以VS1和VS5導(dǎo)通,輸出電壓ud=uab。此輸出保持60°。

在φ=120°時,VS1和VS6得到觸發(fā)脈沖,由右圖可看出,此時線電壓的最大值變?yōu)閡bc,由于VS2沒有得到觸發(fā)脈沖不能導(dǎo)通,而uac大于零,所以VS1保持導(dǎo)通,VS6導(dǎo)通,輸出電壓ud=uac。此輸出保持60°。

在φ=180°時,VS2和VS6得到觸發(fā)脈沖,由右圖可看出,此時線電壓的最大值變?yōu)閡ba,由于VS4沒有得到觸發(fā)脈沖不能導(dǎo)通,而ubc大于零,所以VS2導(dǎo)通,VS6保持導(dǎo)通,輸出電壓ud=ubc。此輸出保持60°。

同理,此后輸出電壓依次等于uba、uca、ucb。

α在0~60°范圍內(nèi),輸出電壓ud的波形是連續(xù)的,晶間管的導(dǎo)通角θ=120°保持不變(不隨控制角α變化而變化)。

③α=90°

α=90°時,晶閘管在自然換流點(diǎn)之后90°得到觸發(fā)脈沖。波形圖如右圖。

在φ=90°時,VS1和VS5得到觸發(fā)脈沖,由右圖可看出,此時線電壓uab大于零,所以VS1和VS5導(dǎo)通,輸出電壓ud=uab。但經(jīng)過了30°,uab變?yōu)榱?VS1和VS5截止,輸出電壓變?yōu)?。

在φ=150°時，VS1和VS6得到觸發(fā)脈沖，由右圖可看出，此時線電壓uac大于零，所以VS1和VS6導(dǎo)通，輸出電壓ud=uac。但經(jīng)過了30°，uac變?yōu)榱悖琕S1和VS6截止，輸出電壓變?yōu)?。

在φ=210°時，VS2和VS6得到觸發(fā)脈沖，由右圖可看出，此時線電壓ubc大于零，所以VS2和VS6導(dǎo)通，輸出電壓ud=ubc。但經(jīng)過了30°，ubc變?yōu)榱?，VS2和VS6截止，輸出電壓變?yōu)?。

其余類推。2

電感性負(fù)載電感性負(fù)載的三相橋式全控整流電路如右圖所示,波形圖如右下所示。

當(dāng)0≤α≤60°時,輸出電壓ud波形同電阻性負(fù)載時一樣。

當(dāng)α>60°時,在線電壓過零變負(fù)時,負(fù)載電感產(chǎn)生感應(yīng)電勢維持電流的存在,所以原來導(dǎo)通的晶閘管不會截止,繼續(xù)保持導(dǎo)通狀態(tài)。此時,輸出電壓ud波形中有負(fù)電壓。

當(dāng)α=90°時,如負(fù)載電感足夠大,則輸出電壓ud波形圖中正向面積和負(fù)向面積接近相等,輸出直流電壓ud近似為零?？梢婋姼行载?fù)載的三相橋式全控整流電路在電感足夠大時,最大有效移相范圍只有90°,晶閘管的導(dǎo)通角θ則保持120°不變。

由于電感的作用，負(fù)載電流id波形近似為水平直線，晶閘管電流近似為矩形波。

在實(shí)際應(yīng)用中,三相橋式全控整流電路控制角α的變化范圍不宜寬(通常α