三相半波可控整流电路

时间：2023-03-14作者：佚名

1．电阻性负载

三相半波可控整流电路接电阻性负载的接线图如图3-10a)所示。整流变压器原边绕组一般接成三角形，使三次谐波电流能够流通，以保证变压器电势不发生畸变，从而减小谐波。副边绕组为带中线的星形接法，三个晶闸管阳极分别接至星形的三相，阴极接在一起接至星形的中点。这种晶闸管阴极接在一起的接法称共阴极接法。共阴极接法便于安排有公共线的触发电路，应用较广。

三相可控整流电路的运行特性、各处波形、基本数量关系不仅与负载性质有关，而且与控制角α有很大关系，应按不同α进行分析。

(1) α＝0º

在三相可控整流电路中，控制角α的计算起点不再选择在相电压由负变正的过零点，而选择在各相电压的交点处，即自然换流点，如图1b)中的1、2、3、1、…等处。这样，α＝0意味着在ωt₁时给a相晶闸管VT_１门极上施加触发脉冲u_g1；在ωt₂时给b相晶闸管VT₂门极上施加触发脉冲u_g2；在ωt₃时给c相晶闸管VT₃门极上施加触发脉冲u_g3，等等，如图1c)所示。

三相半波可控整流电路

图1 三相半波可控整流电路

共阴极接法三相半波整流电路中，晶闸管的导通原则是哪相电压最高与该相相连的元件将导通。如果假定电路工作已进入稳定状态，在ωt₁时刻之前c相VT₃正在导通，那么在ωt₁～ωt₂期间内，a相电压u_a最高，VT₁具备导通条件。ωt₁时刻触发脉冲u_g1加在VT₁门极上，VT₁导通，负载R_d上得到a相电压，即u_d=u_a，如图1d)所示。在ωt₂～ωt₃期间内，u_b电压最高，ωt₂时刻触发脉冲u_g2加在VT₂门极上，VT₂导通，R_d上得到b相电压，u_d=u_b。与此同时，b点电位通过导通的VT₂加在VT₁的阳极上。由于此时u_b＞u_a，使VT₁承受反向阳极电压而关断。VT₂导通、VT₁关断，这样就完成了一次换流。同样，在ωt₃时刻又将发生VT₂向VT₃的换流过程。可以看出，对于共阴极接法的三相可控整流电路，换流总是由低电位相换至高电位相。为了保证正常的换流，必须使触发脉冲的相序与电源相序一致。由于三相电源系统平衡，则三只晶闸管将按同样的规律连续不断地循环工作，每管导通1/3周期。

共阴极接法三相半波整流电路输出直流电压波形为三相交流相电压的正半周包络线，是一脉动直流，在一个周期内脉动三次（三个波头），最低脉动频率为工频的三倍。对于电阻负载，负载电流i_d波形与负载电压u_d波形相同。变压器副边绕组电流i₂即晶闸管中电流i_T。因此，a相绕组中电流波形也即VT₁中电流波形i_T1为直流脉动电流，如图1d)所示。所以，三相半波整流电路有变压器铁心直流磁化问题。晶闸管承受的电压分为三部分，每部分占1/3周期。以VT₁管上的电压u_T1为例 (图1f) )：VT₁导通时，为管压降，u_T1＝U_T≈ 0；VT₂导通时，u_T1＝u_ab；VT₃导通时，u_T1＝u_ac。在电流连续条件下，无论控制角α如何变化，晶闸管上电压波形总是由这三部分组成，只是在不同α下，每部分波形的具体形状不同。在α＝0°的场合下，晶闸管上承受的全为反向阳极电压，最大值为线电压幅值。

(2) α≤30°

图2表示了α＝30°时的波形图。假设分析前电路已进入稳定工作状态，由晶闸管VT₃导通。当经过a相自然换流点处，虽u_a＞u_c，但晶闸管VT₁门极触发脉冲u_g1尚未施加，VT₁管不能导通，VT₃管继续工作，负载电压u_d＝u_c。在ωt₁时刻，正好α＝30°，VT₁触发脉冲到来，管子被触发导通，VT₃承受反向阳极电压u_ca而关断，完成晶闸管VT₃至VT₁的换流或c相至a相的换相，负载电压u_d＝u_a。由于三相对称，VT₁将一直导通到120°后的时刻ωt₂，发生VT₁至VT₂的换流或a相至b相的换相。以后的过程就是三相晶闸管的轮流导通，输出直流电压u_d为三相电压在120°范围内的一段包络线。负载电流i_d的波形与u_d相似，如图2c)所示。可以看出，α＝30°时，负载电流开始出现过零点，电流处于临界连续状态。

三相半波可控整流电路

图2 三相半波可控整流电路(α ≤ 30°) 图3 三相半波可控整流电路(α >30°)

晶闸管电流仍为直流脉动电流，每管导通时间为1/3周期（120°）。晶闸管电压仍由三部分组成，每部分占1/3周期，但由于α＝30°，除承受的反向阳极电压波形与α＝0°时有所变化外，晶闸管上开始承受正向阻断电压，如图2e)所示。

(3) α＞30°

当控制角α＞30°后，直流电流变得不连续。图3给出了α＝60°时的各处电压、电流波形。当一相电压过零变负时，该相晶闸管自然关断。此时虽下一相电压最高，但该相晶闸管门极触发脉冲尚未到来而不能导通，造成各相晶闸管均不导通的局面，从而输出直流电压、电流均为零，电流断续。一直要到α＝60°，下一相管子才能导通，此时，管子的导通角小于120°

随着α角的增加，导通角也随之减小，直流平均电压U_d也减小。当α＝150°时，θ＝0°，U_d＝0。其移相范围为150°。由于电流不连续，使晶闸管上承受的电压与连续时有较大的不同。其波形如图3e)所示。

直流平均电压U_ｄ计算中应按α≤30°及α＞30°两种情况分别处理。

α≤30°时，负载电流连续，U_d的计算如下

(1)

当α＝0时，U_d＝U_d0＝1.17U₂，最大。

α＞30°时，直流电流不连续，此时有

(2)

晶闸管承受的最大反向电压U_RM为线电压峰值，晶闸管承受最大正向电压U_TM为晶闸管不导通时的阴、阳极间电压差，即相电压峰值。

2．电感性负载

电感负载时的三相半波可控整流电路如图4a)所示。假设负载电感足够大，直流电流i_d连续、平直，幅值为I_d。当α≤30°时，直流电压波形与电阻负载时相同。当α＞30°后(例如α＝60°，如图4b))，由于负载电感L_d中感应电势e_L的作用，使得交流电压过零时晶闸管不会关断。以a相为例，VT₁在α＝60°的ωt₁时刻导通，直流电压u_d＝u_a。当u_a＝0的ω₂时刻，由于u_a的减小将引起流过L_d中的电流i_d出现减小趋势，自感电势e_L的极性将阻止i_d的减小，使VT₁仍然承受正向阳极电压导通。即使当u₂为负时，自感电势与负值相电压之和（u_a＋e_L）仍可为正，使VT₁继续承受正向阳极电压维持导通，直到ωt₃时刻VT₂触发导通，发生VT₁至VT₂的换流为止。这样，当α＞30°后，u_d波形中出现了负电压区域，同时各相晶闸管导通120°，从而保证了负载电流连续，所以大电感负载下，虽u_d波形脉动很大，甚至出现负值，但i_d波形平直，脉动很小。

由于电流连续、平稳，晶闸管电流为120°宽，高度为I_d的矩形波，图4b)中给出了晶闸管VT₁中的电流i_T1波形。其中ωt₂至ωt₃范围内的一段区域是依靠L_d的自感电势e_L维持的。晶闸管上电压波形仍然由三段组成，每段占1/3周期，如图4b)中VT₁管上电压u_T1所示。当VT₁导通时不承受电压，u_T1＝0；当VT₁关断时，由于任何瞬间都有一其他相晶闸管导通而引来他相电压，使VT₁承受相应的线电压。