三相交直交变换电路的设计

PAGE10PAGE11引言AC／DC变换电路是能够直接将交流电能转换为直流电能的电路，泛称整流电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。三相桥式全控整流电路与三相半波电路相比，输出整流电压提高一倍，输出电压的脉动较小、变压器利用率高且无直流磁化问题。由于在整流装置中，三相桥电路晶闸管的最大失控时间只为三相半波电路的一半，故控制快速性较好，因而在大容量负载供电、电力拖动控制系统等方面获得广泛的应用。1三相桥式全控整流电路的概述1.1三相桥式全控整流电路的原理图图1-1三相桥式全控整流电路的原理图习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至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、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。1.2工作原理和波形分析整流电路的负载为纯电阻负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。图1-2三相桥式全控整流电路电阻负载α=0o时波形对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通；对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通；任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个SCR处于导通状态。其余的SCR均处于关断状态。触发角α的起点，仍然是从自然换相点开始计算，注意正负方向均有自然换相点。从线电压波形看，ud为线电压中最大的一个，因此ud波形为线电压的包络线。1.3不同触发角的三相全控桥整流电路1）电阻性负载α=0对于共阴极晶闸管，首先是VT1导通，VT2、VT5承受反压而关断；然后是VT3导通；再是VT5导通。同理，对于共阳极晶闸管也适用。6个晶闸管导通的顺序是VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1.波形图如1-2所示。2）电阻性负载α=30°时的工作情况晶闸管起始导通时刻推迟了30°，组成ud的每一段线电压因此推迟30°；从ωt1开始把一周期等分为6段，ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表1的规律；变压器二次侧电流ia波形的特点：在VT1处于通态的120°期间，ia为正，ia波形的形状与同时段的ud波形相同，在VT4处于通态的120°期间，ia波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负值。3)电阻性负载α=60°时工作情况ud波形中每段线电压的波形继续后移，ud平均值继续降低。α=60°时ud出现为零的点。（因为在该点处，线电压为零）。α=60时，其工作波形如图1-3所示。图1-3三相桥式全控整流电路带电阻负载α=60°时的波形3)α=90时，其工作波形如图1-4所示。图1-4三相桥式全控整流电路带电阻负载阿α=90°时的波形2带反电动势负载的工作情况2.1主电路原理说明图2-1三相桥式全控带反电动势电路原理图2.2工作原理及波形分析1）α=0o时的情况整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路工作波形如图2所示。图2-2反电动势α=0o时波形2）α=30o时的情况。它与α=0的区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了30o,组成

ud

的每一段线电压因此推迟30o，ud平均值降低。晶闸管电压波形也相应发生变化如图所示。图2-3反电动势α=30o时的波形由以上分析可见，当α≤60o时，ud波形均连续，对于带大电感的反电动势，id波形由于电感的作用为一条平滑的直线并且也连续。3）当α＞60o时如α＝90o时电阻负载情况下的工作波形如图4所示。图2-4反电动势α＝90o时的波形2.3各参数的计算三相桥式全控整流电路中，整流输出电压的波形在一个周期内脉动6次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/6周期）进行计算即可。此外，因为所以电压输出波形是连续的，以线电压的过零点为时间坐标的零点，可得整流输出电压连续时的平均值为。(4-1)输出电流平均值为。(4-2)3三相桥式全控整流电路的具体设计反电动势负载，E=60V，电阻R=10Ω，电感L无穷大使负载电流连续；U2=220V，晶闸管触发角α=30°1）输出平均电压把和U2=220V代入式（4-1）计算有。2）输出平均电流，把E=60V,R=10Ω,代入式（4-2）计算有。3）输出波形分析时的输出波形如图11所示。图11整流电路的输出波形如图11所示，从ωt1时刻开始把一个周期等分为6份，在Wt1时刻共阴极组VT1晶闸管接受到触发信号导通，此时阴极输出电压Ud1为幅值最大的a相相电压；到Wt2时刻下一个触发脉冲到来，此时a相输出电压降低，b相输出电压升高，于是阴极输出电压变为b相相电压；到Wt3时刻第三个脉冲到来，晶闸管VT1关断而晶闸管VT2导通，输出电压为此时最高的c相相电压；重复以上步骤，即共阴极组输出电压Ud1为在正半周的包络线。共阳极组中输出波形原理与共阴极组一样，只是每个触发脉冲比阴极组中脉冲相差180度。6个时段的导通次序如表1所示一样，只是Wt1从零时刻往后推迟30度而已。这样就得出最后输出整流电压为共阴极组输出电压与共阳极组输出电压的差即Ud=Ud1-Ud2而由于电路中大电感L的作用，输出的电流为近似平滑的一条直线。图中同时给出了变压器二次侧a相电流

ia

的波形，该波形的特点是，在VT1处于通态的120o期间，ia为正，由于大电感的作用，ia波形的形状近似为一条直线，在VT4处于通态的120o期间，ia波形的形状也近似为一条直线，但为负值。总结本文首先对三相桥式整流的最基本电路基本理论进行了介绍分析，即对纯电阻负载的电路选取不同触发角的波形进行了重点分析。将典型的触发角α=0,20,60,90的不同情况进行分析。结合波形说明三相桥