三相橋式全控整流電路

在工業中套用最為廣泛的一種整流電路，如概述圖b所示。其實質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，原理如概述圖a所示。習慣將其中陰極連線在一起的三個晶閘管(VT₁、VT₃、VT₅)稱為共陰極組;陽極連線在一起的三個晶閘管VT₄、VT₆、VT₂)稱為共陽極組。三相整流變壓器採用Dy聯結，由於共陽極組在電源正半周導通，流經變壓器二次繞組的是正向電流，共陰極組在電源負半周導通，流經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，有利於減小變壓器磁通、電動勢中的諧波。此外，習慣上希望晶閘管按從1~6的順序導通，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衝或寬脈衝觸發，其移相範圍為0°~120°，最大導通角為120°。它主要用於電壓控制要求高或要求逆變的場合。

基本介紹

• 中文名：三相橋式全控整流電路
• 所屬領域：電力電子
• 適用範圍：電壓控制要求高或逆變的整流電路

工作原理

電阻性負載

三相橋式全控整流電路由六隻晶閘管組成,VS₁、VS₂、VS₃、為共陰極組,VS₄、VS₅、VS₆為共陽極組。電阻性負載的三相橋式全控整流電路如右圖。

電阻性負載的三相橋式全控整流電路

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

①α=0

α=0時，晶閘管在自然換流點得到觸發脈衝。波形圖如右圖。

設從第一個自然換流點算起的電角度為φ。在φ=0°時，VS₁和VS₅得到觸發脈衝。由右圖可看出，此時線電壓的最大值為u_ab，即VS₁的陽極電位最高、VS₅的陰極電位最低，所以VS₁和VS₅導通。忽略VS₁和VS₅的導通壓降，輸出電壓u_d=u_ab。在此後60°期間，VS₁和VS₅保持導通，此輸出保持60°。

在φ=60°時，VS₁和VS₆得到觸發脈衝，由右圖可看出，此時線電壓的最大值變為u_ac，所以VS₁保持導通，VS₆導通，輸出電壓u_d=u_bc。此輸出保持60°。

在φ=120°時，VS₂和VS₆得到觸發脈衝，由右圖可看出，此時線電壓的最大值變為u_bc，所以VS₂導通，VS₆保持導通，輸出電壓u_d=u_bc。此輸出保持60°。

同理，此後輸出電壓依次等於u_ba、u_ca、u_cb。

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,整流電路處於全導通狀態。

當α>0時,品閘管導通要推遲α角,但品閘管的觸發、導通順序不變。

②α=60°

α=60°時,晶閘管在自然換流點之後60°得到觸發脈衝。波形圖如右圖。

在φ=60°時,VS₁和VS₅得到觸發脈衝,由右圖可看出,此時線電壓的最大值為u_ac,由於VS₆沒有得到觸發脈衝不能導通,而u_ab大於零,所以VS₁和VS₅導通,輸出電壓u_d=u_ab。此輸出保持60°。

在φ=120°時,VS₁和VS₆得到觸發脈衝,由右圖可看出,此時線電壓的最大值變為u_bc,由於VS₂沒有得到觸發脈衝不能導通,而u_ac大於零,所以VS₁保持導通,VS₆導通,輸出電壓u_d=u_ac。此輸出保持60°。

在φ=180°時,VS₂和VS₆得到觸發脈衝,由右圖可看出,此時線電壓的最大值變為u_ba,由於VS₄沒有得到觸發脈衝不能導通,而u_bc大於零,所以VS₂導通,VS₆保持導通,輸出電壓u_d=u_bc。此輸出保持60°。

同理,此後輸出電壓依次等於u_ba、u_ca、u_cb。

α在0~60°範圍內,輸出電壓u_d的波形是連續的,晶間管的導通角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之後90°得到觸發脈衝。波形圖如右圖。

在φ=90°時,VS₁和VS₅得到觸發脈衝,由右圖可看出,此時線電壓u_ab大於零,所以VS₁和VS₅導通,輸出電壓u_d=u_ab。但經過了30°,u_ab變為零,VS₁和VS₅截止,輸出電壓變為0。

在φ=150°時，VS₁和VS₆得到觸發脈衝，由右圖可看出，此時線電壓u_ac大於零，所以VS₁和VS₆導通，輸出電壓u_d=u_ac。但經過了30°，uac變為零，VS1和VS6截止，輸出電壓變為0。

在φ=210°時，VS2和VS6得到觸發脈衝，由右圖可看出，此時線電壓ubc大於零，所以VS2和VS6導通，輸出電壓ud=ubc。但經過了30°，ubc變為零，VS2和VS6截止，輸出電壓變為0。

其餘類推。

電感性負載

電感性負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0≤α≤60°時,輸出電壓u_d波形同電阻性負載時一樣。

當α>60°時,線上電壓過零變負時,負載電感產生感應電勢維持電流的存在,所以原來導通的晶閘管不會截止,繼續保持導通狀態。此時,輸出電壓u_d波形中有負電壓。

當α=90°時,如負載電感足夠大,則輸出電壓u_d波形圖中正向面積和負向面積接近相等,輸出直流電壓u_d近似為零。可見電感性負載的三相橋式全控整流電路在電感足夠大時,最大有效移相範圍只有90°,晶閘管的導通角θ則保持120°不變。

由於電感的作用，負載電流i_d波形近似為水平直線，晶閘管電流近似為矩形波。

在實際套用中,三相橋式全控整流電路控制角α的變化範圍不宜寬(通常α<60°),因為控制角大會使輸入功率因數小、輸入電流諧波分量大，對電網產生比較嚴重的干擾。