三相橋式全控整流電路

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。

工作原理

電阻性負載

電阻性負載的三相橋式全控整流電路 電阻性負載的三相橋式全控整流電路

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

三相橋式全控整流電路 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

三相橋式全控整流電路 三相橋式全控整流電路

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,VS和VS得到觸發脈衝。由右圖可看出,此時線電壓的最大值為u,即VS的陽極電位最高、VS的陰極電位最低,所以VS和VS導通。忽略VS和VS的導通壓降,輸出電壓u=u。在此後60°期間,VS和VS保持導通,此輸出保持60°。

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

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

同理,此後輸出電壓依次等於u、u、u。

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°

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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,VS和VS得到觸發脈衝,由右圖可看出,此時線電壓的最大值為u,由於VS沒有得到觸發脈衝不能導通,而u大於零,所以VS和VS導通,輸出電壓u=u。此輸出保持60°。

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

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

同理,此後輸出電壓依次等於u、u、u。

α在0~60°範圍內,輸出電壓u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°

三相橋式全控整流電路 三相橋式全控整流電路

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,VS和VS得到觸發脈衝,由右圖可看出,此時線電壓u大於零,所以VS和VS導通,輸出電壓u=u。但經過了30°,u變為零,VS和VS截止,輸出電壓變為0。

在φ=150°時,VS和VS得到觸發脈衝,由右圖可看出,此時線電壓u大於零,所以VS和VS導通,輸出電壓u=u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

三相橋式全控整流電路 三相橋式全控整流電路

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波形中有負電壓。

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當α=90°時,如負載電感足夠大,則輸出電壓u波形圖中正向面積和負向面積接近相等,輸出直流電壓u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。

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