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三相桥式全控整流电路

一种整流电路

在工业中应用最为广泛的一种整流电路，如概述图b所示。其实质是一组共阴极与一组共阳极的三相半波可控整流电路的串联，原理如概述图a所示。习惯将其中阴极连接在一起的三个晶闸管(VT1、VT3、VT5)称为共阴极组;阳极连接在一起的三个晶闸管VT4、VT6、VT2)称为共阳极组。三相整流变压器采用Dy联结，由于共阳极组在电源正半周导通，流经变压器二次绕组的是正向电流，共阴极组在电源负半周导通，流经变压器二次绕组的是反向电流，因此一个周期中，变压器绕组中没有了直流磁动势，有利于减小变压器磁通、电动势中的谐波。此外，习惯上希望晶闸管按从1~6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、e三相电源相接的三个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、e三相电源相接的三个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。三相桥式全控整流电路必须用双窄脉冲或宽脉冲触发，其移相范围为0°~120°，最大导通角为120°。它主要用于电压控制要求高或要求逆变的场合。

工作原理
电阻性负载
三相桥式全控整流电路由六只晶闸管组成，VS1、VS2、VS3、为共阴极组，VS4、VS5、VS6为共阳极组。电阻性负载的三相桥式全控整流电路如图1。
在交流电源的一个周期内，晶闸管在正向阳极电压作用下不导通的电角度称为控制角或移相角，用α表示；导通的电角度称为导通角，用θ表示。在三相可控整流电路中，控制角的起点，不是在交流电压过零点处，而是在自然换流点(又称自然换相点)，即三相相电压的交点。采用双窄脉冲触发时，触发电路每隔60°依次同时给两个晶闸管施加触发脉冲，每周期的触发顺序如图2：
①α=0
α=0时，晶闸管在自然换流点得到触发脉冲。波形图如图3。
设从第一个自然换流点算起的电角度为φ。在φ=0°时，VS1和VS5得到触发脉冲。由图3可看出，此时线电压的最大值为uab，即VS1的阳极电位最高、VS5的阴极电位最低，所以VS1和VS5导通。忽略VS1和VS5的导通压降，输出电压ud=uab。在此后60°期间，VS1和VS5保持导通，此输出保持60°。
在φ=60°时，VS1和VS6得到触发脉冲，右图3可看出，此时线电压的最大值变为uac，所以VS1保持导通，VS6导通，输出电压ud=ubc。此输出保持60°。
在φ=120°时，VS2和VS6得到触发脉冲，右图3可看出，此时线电压的最大值变为ubc，所以VS2导通，VS6保持导通，输出电压ud=ubc。此输出保持60°。
同理，此后输出电压依次等于uba、uca、ucb。
此时的工作情况和输出电压波形与三相桥式不控整流电路完全一样，整流电路处于全导通状态。
当α>0时，晶闸管导通要推迟α角，但晶闸管的触发、导通顺序不变。
②α=60°
α=60°时，晶闸管在自然换流点之后60°得到触发脉冲。波形图如图4。
在φ=60°时，VS1和VS5得到触发脉冲，由图4可看出，此时线电压的最大值为uac，由于VS6没有得到触发脉冲不能导通，而uab大于零，所以VS1和VS5导通，输出电压ud=uab。此输出保持60°。
在φ=120°时，VS1和VS6得到触发脉冲，由图4可看出，此时线电压的最大值变为ubc，由于VS2没有得到触发脉冲不能导通，而uac大于零，所以VS1保持导通，VS6导通，输出电压ud=uac。此输出保持60°。
在φ=180°时，VS2和VS6得到触发脉冲，由图4可看出，此时线电压的最大值变为uba，由于VS4没有得到触发脉冲不能导通，而ubc大于零，所以VS2导通，VS6保持导通，输出电压ud=uuac。此输出保持60°。
同理，此后输出电压依次等于uba、uca、ucb。
α在0~60°范围内，输出电压ud的波形是连续的，晶闸管的导通角θ=120°保持不变(不随控制角α变化而变化)。
③α=90°
α=90°时，晶闸管在自然换流点之后90°得到触发脉冲。波形图如图5。
在φ=90°时，VS1和VS5得到触发脉冲，由图5可看出，此时线电压uab大于零，所以VS1和VS5导通，输出电压ud=uab。但经过了30°，uab变为零，VS1和VS5截止，输出电压变为0。
在φ=150°时，VS1和VS6得到触发脉冲，由图5可看出，此时线电压uac大于零，所以VS1和VS6导通，输出电压ud=uac。但经过了30°，uac变为零，VS1和VS6截止，输出电压变为0。
在φ=210°时，VS2和VS6得到触发脉冲，由图5可看出，此时线电压ubc大于零，所以VS2和VS6导通，输出电压ud=ubc。但经过了30°，ubc变为零，VS2和VS6截止，输出电压变为0。
其余类推。
电感性负载
电感性负载的三相桥式全控整流电路如图6所示，波形图如图7所示。
当0≤α≤60°时，输出电压ud波形同电阻性负载时一样。
当α>60°时，在线电压过零变负时，负载电感产生感应电势维持电流的存在，所以原来导通的晶闸管不会截止，继续保持导通状态。此时，输出电压ud波形中有负电压。
当α=90°时，如负载电感足够大，则输出电压ud波形图中正向面积和负向面积接近相等，输出直流电压ud近似为零。可见电感性负载的三相桥式全控整流电路在电感足够大时，最大有效移相范围只有90°，晶闸管的导通角θ则保持120°不变。
由于电感的作用，负载电流id波形近似为水平直线，晶闸管电流近似为矩形波。
在实际应用中，三相桥式全控整流电路控制角α的变化范围不宜宽(通常α<60°)，因为控制角大会使输入功率因数小、输入电流谐波分量大，对电网产生比较严重的干扰。
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