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三相桥式全控整流电路原理及电路图,三相桥式全控整流电路原理及电路图

三相桥式全控整流电路原理及电路图

三相整流电路的作用: 在电路中,当功率进一步增加或由于其他原因需要多相整流时,提出了三相整流电路。图为三相半波整流电路原理图。在这条电路中,三相中的每个相分别形成半波整流电路。三个电压半波在时间上依次叠加120度,整流输出波只有0点,一个周期内有三个宽度为120度的整流半波。因此,其滤波电容器的容量可小于单相半波整流和单相全波整流。

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三相整流电路的工作原理: 先看时间段1:此时A相电位最高,B相电位最低,因此跨接在A相B二极管相间D1、D4导电。电流从A相流出,经过D1,负载电阻,D回到B相,见图14-1-3中红色箭头指示的路径。在此期间,由于反向电压,其他四个二极管被截止D4导通,B相电压最低,加到D2、D6的阳极,故D2、D6截止;,因D1导通,A相电压最高,加到D3、D5的阴极,故D3、D5截止。其它部分如下:

时间段2:此时A相电位最高,C相电位最低,因此跨接在A相C二极管相间D1、D6导电。

时间段3:此时B相电位最高,C相电位最低,因此跨接在A相C二极管相间D3、D6导电。

时间段4:此时B相电位最高,A相电位最低,因此跨接在B相A二极管相间D3、D2导电。

时间段5:此时间段C相电位最高,A相电位最低,因此C相跨接A二极管相间D5、D2导电。

三相整流电路的作用:

三相桥式电阻负载整流电路的输出电压波形见图

时间段6:此时C相电位最高,B相电位最低,因此C相跨接B二极管相间D5、D5导电。

时间段7:此时间段成为A相电位最高,B相电位最低,因此跨接在A相B二极管相间D1、D4导电。电路状态重复。

三相半波可控整流电路工作原理: 1.电阻负载 如图3所示,三相半波可控整流电路接电阻负3所示。整流变压器原侧绕组一般连接成三角形,使三次谐波电流流通,保证变压器电势不变形,从而减少谐波。副边绕组为带中线的星形连接法,三晶闸管阳极分别连接到星形三相,阴极连接到星形中点。这种晶闸管阴极连接法称为共阴极连接法。公共线的触发电路易于安排,应用广泛。

三相可控整流电路的运行特性、波形和基本数量关系不仅与负载性能有关,还与控制角有关α关系很大,应该根据不同而有所不同α进行分析。

(1) α=0o 控制角在三相可控整流电路中α计算起点不再选择相电压由负变正的过零点,而是选择各相电压的交点,即自然换流点,如图1所示b)1、2、3、1…等处。这样,α=0意味着在ωt1点给a相晶闸管VT1.触发脉冲应用于门ug1;在ωt2时给b相晶闸管VT触发脉冲应用于2门极端ug2;在ωt3时给c相晶闸管VT触发脉冲在3门极上施加ug等等,如图1所示c)所示。

在共阴极接法三相半波整流电路中,晶闸管的导通原理是哪个相电压与相连的元件最高。假设电路工作已进入稳定状态ωtc相在c相VT三是导通,所以在ωt1~ωt2期间内,a相电压ua最高,VT1.具备引导条件。ωt一时触发脉冲ug1加在VT1门极上,VT1导通,负载Rd获得a相电压,即ud=ua,如图1d)所示。在ωt2~ωt3期间内,ub电压最高,ωt2时触发脉冲ug2加在VT2门极上,VT2导通,Rd得到b相电压,ud=ub。与此同时,b点电位通过导通VT2加在VT1的阳极上。由于此时ub>ua,使VT1承受反向阳极电压而关断。VT2导通、VT1关闭,完成一次换流。同样,在ωt三分钟又要发生了VT2向VT3.换流过程。可见,对于共阴极接法的三相可控整流电路,换流总是由低电位换成高电位相。触发脉冲的相序必须与电源相序序必须与电源相序一致。由于三相电源系统的平衡,三个晶闸管将按照相同的规律连续循环,每个晶闸管将连续循环1/3。

三相半波整流电路输出直流电压波形是三相交流相电压的正半周包络线,是一个脉动直流,一个周期脉动三次(三个波头),最低脉动频率是工作频率的三倍。对于电阻负载,负载电流id波形和负载电压ud波形相同。变压器副边绕组电流i即晶闸管中的电流iT。因此,a相绕组中的电流波形VT1中电流波形iT1为直流脉动电流,如图1所示d)所示。因此,三相半波整流电路存在变压器铁芯直流磁化问题。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uT1为例 (图1f) ):VT导通时,管道压降,uT1=UT ≈ 0;VT2导通时,uT1=uab;VT3导通时,uT1=uac。在连续电流条件下,无论控制角α晶闸管上的电压波形总是由这三部分组成,但在不同的情况下α每部分波形的具体形状不同。在α=0°在这种情况下,晶闸管承受的全部反向阳极电压,最大值为线电压幅值。

(2) α≤30° 图2表示了α=30°时间波形图。假设分析前电路已进入稳定工作状态,晶闸管VT3导通。虽然经过a相自然换流点ua>uc,但晶闸管VT1门极触发脉冲ug1尚未施加,VT一管不能导通,VT3管继续工作,负载电压ud=uc。在ωt1时刻,正好α=30°,VT触发脉冲,管道被触发导通,VT3.承受反向阳极电压uca并关闭,完成晶闸管VT3至VT1的换流或c相至a相的换相,负载电压ud=ua。由于三相对称,VT1将导向120°后的时刻ωt2,发生VT1至VT2的换流或a相至b相的换相。未来的过程是三相晶闸管的轮流导通,输出直流电压ud三相电压为120°一段包络线在范围内。负载电流id的波形与ud相似,如图2c)所示。可以看出,α=30°负载电流开始过零,电流处于临界连续状态。

晶闸管的电流仍然是直流脉动电流,每管的导通时间为1/3(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°,除反向阳极电压波形外α=0°除了生变化时,晶闸管开始承受正压,如图2所示e)所示。

(3) α>30° 当控制角α>30°之后,直流电流变得不连续。图3给出了α=60°电压、电流波形。当一相电压过零变负时,相晶闸管自然关闭。此时,虽然下一相电压最高,但相晶闸门的极触发脉冲尚未到来,导致相晶闸晶闸管无通过,导致输出直流电压和电流为零,电流间歇。一直要到α=60°,此时,管道的导角小于120°

随着α随着角度的增加,导通角也减小,直流平均电压Ud也减小。当α=150°时,θ=0°,Ud=0。其移相范围为150°。由于电流不连续,晶闸管上的电压与连续电压大不相同。波形如图3所示e)所示。

平均直流电压U应按d计算α≤30°及α>30°分别处理两种情况。

α≤30°负载电流连续,Ud的计算如下

当α=0时,Ud=Ud0=1.17U2,最大。

α>30°直流电流不连续,此时有

晶闸管承受的最大反向电压URM线压峰值:

    晶闸管承受最大正向电压UTM阴阳极间电压差为晶闸管不导通时的峰值: 

2.电感负载 三相半波可控整流电路如图4所示a)所示。假设负载电感足够大,直流电流id连续、平直幅值为Id。当α≤30°直流电压波形与电阻负载相同。当α>30°后(例如α=60°,如图4b)),由于负载电感Ld中感应电势eL晶闸管在交流电压过零时不会关闭。以a相为例,VT1在α=60°的ωt一时导通,直流电压ud=ua。当ua=0的ω2时刻,由于ua减少会导致流动Ld中的电流id有下降趋势,自感电势eL阻止极性id的减小,使VT1仍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(ua+eL)还能为正,使VT1继续承受正阳极电压,直到ωt3时刻VT触发导通,发生VT1至VT2.直到换流。这样,当α>30°后,ud波形中出现了负电压区域,同时各相晶闸管导通120°,因此,负载电流是连续的,所以在大电感负载下,ud波形脉动很大,甚至有负值,但id波形直,脉动小。

由于电流连续稳定,晶闸管电流为120°宽,高度为Id矩形波,图4b)晶闸管中给出VT1中的电流iT1波形。其中ωt2至ωt3范围内的一段区域依赖于Ld的自感电势eL维持。晶闸管上的电压波形仍由三段组成,每段占1/3周期,如图4所示b)中VT1管电压uT1所示。当VT1导通时不承受电压,uT1=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。

直流平均电压Ud为

当α=0°时,Ud=Ud0=1.17U2,为最大;当α=90°时,Ud=0,反映在ud波形上是正、负电压区域的面积相等,平均值为零。可见大电感负载下,三相半波电路的移相范围为90°。

由于晶闸管电流为120°宽、高为Id的矩形波,则其平均值为

晶闸管电流有效值为

变压器次级电流即晶闸管电流,故变压器

三相桥式全控整流电路工作原理:   在三相桥式全控整流电路中,对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的,控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联,因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下,三相桥式晶闸管要求的最大反向电压,可比三相半波线路中的晶闸管低一半。

为了分析方便,使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6,晶闸管是这样编号的:晶闸管KP1和KP4接a相,晶闸管KP3和KP6接b相,晶管KP5和KP2接c相。

晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组,而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组。

为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律,分析输出波形的变化规则,下面研究几个特殊控制角,先分析α=0的情况,也就是在自然换相点触发换相时的情况。图1是电路接线图。

为了分析方便起见,把一个周期等分6段(见图2)。

在第(1)段期间,a相电压最高,而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通,b相电位最低,所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。这时电流由a相经KP1流向负载,再经KP6流入b相。变压器a、b两相工作,共阴极组的a相电流为正,共阳极组的b相电流为负。加在负载上的整流电压为ud=ua-ub=uab

经过60°后进入第(2)段时期。这时a相电位仍然最高,晶闸管KPl继续导通,但是c相电位却变成最低,当经过自然换相点时触发c相晶闸管KP2,电流即从b相换到c相,KP6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经KPl、负载、KP2流回电源c相。变压器a、c两相工作。这时a相电流为正,c相电流为负。在负载上的电压为ud=ua-uc=uac

再经过60°,进入第(3)段时期。这时b相电位最高,共阴极组在经过自然换相点时,触发导通晶闸管KP3,电流即从a相换到b相,c相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作,在负载上的电压为ud=ub-uc=ubc

余相依此类推。

由上述三相桥式全控整流电路的工作过程可以看出:

1、三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通,而且这两个晶闸管一个是共阴极组,另一个是共阳极组的,只有它们能同时导通,才能形成导电回路。

2、三相桥式全控整流电路就是两组三相半波整流电路的串联,所以与三相半波整流电路一样,对于共阴极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KPl、KP3和KP5依次导通,因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。对于共阳极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KP2、KP4和KP6依次导通,因此它们的触发脉冲之间的相位差也是120°。

3、由于共阴极的晶闸管是在正半周触发,共阳极组是在负半周触发,因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°。

4、三相桥式全控整流电路每隔60°有一个晶闸管要换流,由上一号晶闸管换流到下一号晶闸管触发,触发脉冲的顺序是:1→2→3→4→5→6→1,依次下去。相邻两脉冲的相位差是60°。

5、由于电流断续后,能够使晶闸管再次导通,必须对两组中应导通的一对晶闸管同时有触发脉冲。为了达到这个目的,可以采取两种办法;一种是使每个脉冲的宽度大于60°(必须小于120°),一般取80°~100°,称为宽脉冲触发。另一种是在触发某一号晶闸管时,同时给前一号晶闸管补发一个脉冲,使共阴极组和共阳极组的两个应导通的晶闸管上都有触发脉冲,相当于两个窄脉冲等效地代替大于60°的宽脉冲。这种方法称双脉冲触发。

6、整流输出的电压,也就是负载上的电压。整流输出的电压应该是两相电压相减后的波形,实际上都属于线电压,波头uab、uac、ubc、uba、uca、ucb均为线电压的一部分,是上述线电压的包络线。相电压的交点与线电压的交点在同一角度位置上,故线电压的交点同样是自然换相点,同时亦可看出,三相桥式全控的整流电压在一个周期内脉动六次,脉动频率为6 &TImes; 50=300赫,比三相半波时大一倍。

7、晶闸管所承受的电压。三相桥式整流电路在任何瞬间仅有二臂的元件导通,其余四臂的元件均承受变化着的反向电压。例如在第(1)段时期,KP1和KP6导通,此时KP3和KP4,承受反向线电压uba=ub-ua。KP2承受反向线电压ubc=ub-uc。KP5承受反向线电压uca=uc-ua。晶闸管所受的反向最大电压即为线电压的峰值。当α从零增大的过程中,同样可分析出晶闸管承受的最大正向电压也是线电压的峰值。

标签: 三项整流桥二极管

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