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2.2 三相可控整流电路
单相可控整流电路元件少,但其输出电压的脉动较大,引起三相电网不平衡,故适用小容量的设备上。
当负载容量较大,或要求直流电压脉动较小、容易滤波时,则多采用三相可控整流电路。交流侧由三相电源供电。
最基本的是三相半波可控整流电路,三相桥式全控整流电路应用最广。
2.2.1 三相半波可控整流电路
1)电阻负载
三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路
电路特点
- 为了得到零线,变压器二次侧必须接成星形,而一次侧接成三角形避免3次谐波进入电网。
- 三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源,其阴极连接在一起——共阴极接法。
自然换相点:二极管换相时刻为自然换相点(当、
、
为二极管时,在相电压的交点
、
、
处均出现了二极管换相,称这些交点为自然换相点),是各相晶闸管能触发导通的最早时刻,将其作为计算各晶闸管触发角
的起点,即
。
时的工作原理分析
α=0°时的带电阻负载的三相半波可控整流电路波形
整流变压器二次侧绕组三相正弦波电压相互差120°的波形、
、
。三个晶闸管轮流导通120°,
波形为三个相电压的包络线。
波形与
类似。变压器二次绕组电流有直流分量(方向不变)。
晶闸管的电压波形,由3段组成,分别为一段管压降和两段线电压,导通时,
为零,b相元件
导通时,
为
,然后为
。各线电压顺序为
。
的波形
α=30°时的带电阻负载的三相半波可控整流电路波形
特点:负载电流处于连续和断续之间的临界状态。
各波形比后移了30°。各相仍导电120°。
的情况
α=60°时的带电阻负载的三相半波可控整流电路波形
特点:负载电流断续,晶闸管导通角小于120°。
当导通一相相电压过零变负时,该相晶闸管关断,但下一相晶闸管因未导通,此时输出电压电流为零。
电阻负载时α角的移相范围为150°。
整流电压平均值的计算
时,负载电流连续,有:
(2-18)
当时,
最大,为
。
时,负载电流断续,晶闸管导通角减小,此时有:
负载电流平均值为:
晶闸管承受的最大反向电压,为变压器二次侧线电压峰值,即
晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值,即
2)阻感负载
三相半波可控整流电路共阴极接法阻感负载时的电路
特点:阻感负载,L值很大,波形基本平直。
时:整流电压波形与电阻负载时相同。
时:
过零时,
不关断,直到
的脉冲到来,才换流,导致
波形中出现负的部分。
波形有一定的脉动,但为简化分析及定量计算,可将
近似为一条水平线。
同样由一段管压降和两段线电压组成。
三相半波可控整流电路共阴极接法阻感负载及α=60°时的波形
阻感负载时的移相范围为90°。(即0°~90°)
数量关系
与
成余弦关系。如果负载中的电感量L不是很大,
与
的关系将介于曲线1和2之间。
由于负载电流连续,整流电压平均值可由式(2-18)求出。
变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为:
晶闸管的额定电流为:
晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值:
三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量,为此其应用较少。
2.2.2 三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路原理图
共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管(,
,
)
共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管(,
,
)
导通顺序:
1)带电阻负载时的工作情况
三相桥式全控整流电路带电阻负载且α=0°时的波形
三相桥式全控整流电路带电阻负载且α=30°时的波形
三相桥式全控整流电路带电阻负载且α=60°时的波形
各自然换相点既是相电压的交点,也是线电压的交点。
当时,
波形均连续,对于电阻负载,
波形与
波形形状一样,也连续。
α=60°时,出现了为零的点,负载电流处于临界连续状态。
三相桥式全控整流电路带电阻负载且α=90°时的波形
当时,
波形每60°中有一段为零,
波形不能出现负值。
带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是120°。
晶闸管及输出整流电压的情况:
时段 | Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | Ⅴ | Ⅵ |
共阴极组中导通的晶闸管 | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
共阳极组中导通的晶闸管 | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
整流输出电压![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
三相桥式全控整流电路的特点
(1)2管同时导通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组各1,且不能为同一相器件。
(2)对触发脉冲的要求:
- 按
的顺序,相位依次差60°。
- 共阴极组
、
、
的脉冲依次差120°,共阳极组
、
、
也依次差120°。
- 同一相的上下两个桥臂,即
与
,
与
,
与
,脉冲相差180°。
(3)一周期脉动6次,每次脉动的波形都一样,故该电路为6脉波整流电路。
(4)需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲,可采用两种方法:一种是宽脉冲触发(宽脉冲大于60°,一般取80°~100°),一种是双脉冲触发(常用,双脉冲相差60°,脉宽一般为20°~30°)
(5)晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同,晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
2)阻感负载时的工作情况
阻感负载时三相桥式全控整流电路
时:
三相桥式全控整流电路带阻感负载α=0°时的波形
三相桥式全控整流电路带阻感负载α=30°时的波形
波形连续,工作情况与带电阻负载时十分相似。电感性负载时的晶闸管导通规律与电阻性负载一样。
区别在于:得到的负载电流波形不同。当电感足够大的时候,
的波形可近似为一条水平线。
时:
三相桥式全控整流电路带阻感负载α=90°时的波形
阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。
电阻负载时,波形不会出现负的部分。阻感负载时,
波形会出现负的部分。
当α=90°时,正负面积相等。因此,带阻感负载时,三相桥式全控整流电路
角的移相范围是90°。
3)定量分析
当整流输出电压连续时(即带阻感负载时,或带电阻负载时)的平均值为:
带电阻负载且时,整流电压平均值为:
输出电流平均值为:
当整流变压器采用星形接法,带阻感负载时,变压器二次侧电流的有效值为:
晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。
接反电势阻感负载时,在负载电流连续的情况下,电路工作情况与电感性负载时相似,电路中各处电压、电流波形均相同。
仅在计算时有所不同,接反电势阻感负载时的
为:
式中的R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。