脉冲整流器和相控整流器的比较

脉冲整流器和相控整流器的比较一、脉冲整流器1、三相六脉冲整流器图1三相桥式6脉冲全控整流电路原理图图中的晶闸管整流器VS和二极管整流器VD的工作方式有很大区别。二极管整流器VD阳极和阴极之间的正向电压只要大于其PN结的势垒电压，二极管就导通。而晶闸管整流器VS,在其控制极没有触发信号加上时，只要其阳极和阴极之间的正向电压不大到把管子击穿，那么它就不导通。晶闸管整流器VS的导通条件有：阳极和阴极之间的正向电压。对于二极管整流器来说，这个电压只要在0.7V左右时，就开始导通了；而晶闸管一般规定在6V以上。控制极触发信号电压。晶闸管一般都用脉冲触发，要求这个电压脉冲要有一定的幅度和宽度，没有一定的幅度就不能抵消PN结的势垒电压，没有一定的宽度就不能有足够的时间使导通由一点扩散到整个PN结。一般要求幅度为3~5V，宽度4~10us，触发电流5~300mA。维持电流。是指可以维持晶闸管整流器VS导通的最小电流，一般对20A到200A的晶闸管来说，规定其维持电流小于60mA。擎住电流。是指晶闸管被打开而控制极触发信号电压消失后，可以维持继续导通的最小电流，这个电流一般是维持电流的若干倍。（3）控制角a与导通角G为了表征晶闸管对交流电压的控制行为而引出了这两个参量。图5所示是控制角a与导通角G的关系。下面就对它们的含义进控制角a。当交流正半波加到晶闸管上时，就具有了使晶闸管导通的基础条件，什么时刻给晶闸管控制极加触发信号使其开通呢？从交流正弦波过0开始，一直到晶闸管被触发导通（时间b）的这段晶闸管不导通的时间0b，称为控制角，用a表示。由于晶闸管开启很快，一般是小于lus，故认为加触发信号的时间就是晶闸管被打开的时间，即一般都把开启时间忽略不计。导通角0。由于晶闸管的开启是一个正反馈过程，故打开后就不能自动关断，这个导通过程要一直延续到电压过0,把从开启到截止这段时间称为导通角，用e表示。2、六相全波整流和12脉冲整流器六相全波整流及12脉冲整流器在一些UPS中为了提高输入功率因数或者提高功率容量，就采用了六相全波整流即12脉冲整流。实际上，在UPS中都采用的六相全波相控整流，也就是通常所说的12脉冲整流。既然是12脉冲，就说明了两个问题：一个是采用了12只晶闸管，一个是6相输入电源。如图所示是12脉冲整流电路。不难看出，两个整流器的结构一模一样，都是三相6脉冲整流，不同的是两个整流器输入变压器的结构不同，一个变压器绕组是“Y”型连接，一个变压器绕组是“△”型连接。这样连接的结果就使二者的电压相位差为30度，也即整流脉动的最大宽度是30度。由此得出多相整流时的最大脉动宽度（即晶闸管导通时间表达式为=2n/P其中：P为控制脉冲数，比如6脉冲时是60度，12脉冲时是30度，18脉冲时是20度，24脉冲时是15度等等，脉动周期越小，其整流输出电压越高、越接近交流电压峰值。图中两个一样的整流器输出是通过各自的扼流圈后进行并联的，目的是使二者的输出电流均衡，因为两个整流器虽然一样，但它们的内阻决不会一样，就会造成输出电流的不均衡。因此，扼流圈的阻抗值要远远大于整流器的内阻，即整流器的内阻和扼流圈的阻抗相比可以忽略不计。由上面可知，整流相数越多，其整流输出电压的脉动频率越高，脉动幅度越小，脉动系数就越小。输出纹波就越低，纹波系数也就越小。下图给出了12脉冲整流时的波动和多相半波整流时平均值接近峰值的情况。

*60*1•）惶静冲盛妙扌的槪渤悄溟123ffix*60*1•）惶静冲盛妙扌的槪渤悄溟123ffix图412脉冲整流时的波动和多相半波整流时平均值接近峰值的情况为了有一个量的概念，表1给出了半波整流输出电压的脉动系数、纹波系数和整流相数P的关系。由表中可以看出：三相全波（半波6相）整流比单相全波（半波2相）整流时的脉动系数和纹波系数小得多，比后者的1/10还小，当然加在后面的滤波电容也就小得多，这也就是为什么当UPS的容量达到一定值时，都尽量采用三相全波整流：为了提高效率，都不采用6相半波整流，虽然都是6只整流管，但由于三相全波整流的输出电压比6相半波整流的输出电压高，因此在同样功率下，三相全波整流的电流小，所以功耗也小，效率也就高了。0.2504710.6670.032(5.0050,0140.0033nod?o.oinlij:■亦0.2504710.6670.032(5.0050,0140.0033nod?o.oinlij:■亦O.OW2表1半波整流输出电压的脉动系数、纹波系数和整流相数的关系3、小结影响电网的是谐波电流的绝对值，而不是谐波电流的百分比。在满载情况下,谐波电流绝对值最大；在半载及轻载情况下，谐波电流绝对值均不超过100%满载谐波电流绝对值。12脉冲+11次谐波滤波器具有最小的效输入电流总谐波，同时还可避免有源滤波器“误补偿”、系统效率低等缺点，因12脉冲+11次谐波滤波器此对电网的污染最低，适用于可靠性要求较高的场合使用。12脉冲整流器在多项性能指标上均优于6脉冲整流器。。二、相控整流器采用相位控制方式以实现负载端直流电能控制的可控整流电路。可控是因为整流元件使用具有控制功能的晶闸管。在这种电路中，只要适当控制晶闸管触发导通瞬间的相位角，就能够控制直流负载电压的平均值，故称为相控。1、单相整流电路图la为单相半波可控整流电路。图中ug为晶闸管的触发脉冲，其工作过程如下：当u2负半周时，晶闸管不导通。在u2正半周时，不加触发脉冲之前，晶闸管也不导通，只有加触发脉冲之后，晶闸管才导通，这时负载Rd上流过电流。在电流为零时刻，晶闸管自动关断，为下一次触发导通作好准备，如此循环往复，负载上得到脉动的直流电压ud。晶闸管从开始承受正向电压起到开始导通这一角度称为控制角，以a表示。这样，只要改变控制角a的大小，即改变触发脉冲出现的时刻，就改变了直流输出电压的平均值。触发脉冲总是在电源周期的同一特定时刻加到晶闸管的控制极上，所以，触发脉冲和电源电压在频率和相位上要配合好，这种协调配合的关系称为同步。图lb为单相桥式可控整流电路。它与单相半波可控整流电路相比，其变压器利用系数较高，直流侧脉动的基波频率为交流基波的二倍，故为小功率场合常用的整流电路之一。这里，脉波数P的概念很重要。所谓脉波数就是在交流电源的一个周期之内直流侧输出波形的重复次数。通常脉波数越多，直流侧输出越平滑，交流侧电流越接近正弦波。为了增加脉波数，可以增加交流侧相数，但是，一般相数增加越多，各相的通电时间变得越短,这样会使整流元件与整流变压器副边绕组的利用率变坏，使装置体积变大，成本提高。图lc为单相桥式半控整流电路，由于可控的晶闸管与不控的二极管混合组成，故称半控。F称续流二极管，若直流电压变为负值，它成为直流侧环流的路径，维持输出电压为零。单相整流电路比较简单，对触发电路的要求较低，相位同步问题很简单，调整也比较容易。但它的输出直流电压的纹波系数较大。由于它接在电网的一相上，当整流容量较大，要求直流电压脉动较小,对快速性有特殊要求的场合，应考虑采用三相可控整流电路。这是因为三相整流装置三相是平衡的，输出的直流电压和电流脉动小，对电网影响小，且控制滞后时间短。图2为三相桥式全控整流电路及其输出电压波形。在理想情况下，电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，一个是共阳极组的，另一个是共阴级组的，只有它们同时导通才能形成导电回路。Tl、T2、T3、T4、T5、T6的触发脉冲互差60°。因此，电路每隔60。有一个晶闸管换流，导通次序为1-2-3-4-5-6,每个晶闸管导通120°。在整流电路合闸后，共阴极和共阳级组各有一个晶闸管导通。因此，每个触发脉冲的宽度应大于60°、小于120°，或用两个窄脉冲等效地代替大于60°的宽脉冲，即在向某一个晶闸管送出触发脉冲的同时，向前一个元件补送一个脉冲，称双脉冲触发。整流输出电压波形如图2所示。当Tl、T6导通时,ud二uab；T1、T2导通时，ud=uac；同理，依次为ubc,uba,uca,ucb，均为线电压的一部分，脉动频率为300Hz，晶闸管T1上的电压uT1波形分为三段，在T1导电的120°中，uT1=0（仅管压降）；当T3导通，T1受反向电压关断,uT1=uab；T5导通时,T3关断，uT1=uac。因此晶闸承受的最大正、反向电压为线电压的峰值。采用三相全控桥式整流电路时，输出电压交变分量的最低频率是电网频率的6倍，交流分量与直流分量之比也较小，因此滤波器的电感量比同容量的单相或三相半波电路小得多。另外，晶闸管的额定电压值也较低。因此，这种电路适用于大功率变流装置。3、多相整流电路随着整流电路的功率进一步增大(如轧钢电动机，功率达数兆瓦)，为了减轻对电网的干扰，特别是减轻整流电路高次谐波对电网的影响，可采用十二相、十八相、二十四相，乃至三十六相的多相整流电路。图3a为两组三相桥串联组成的十二相整流电路。为了获得十二相波形，每个波头应该错开30°。所以采用三绕组变压器，次级的两个绕组一个接成星形，另一个接成三角形，分别供给两组三相桥。两组整流桥串联后再接到负载。由于两组整流桥输出的电压的相位彼此差30°，因此在负载上得到十二脉波的整流电压,合成电压中最低次谐波频率为600Hz，输出电压ud二udl+ud2，电流id二idl二id2。图3b是两组三相桥并联组成大电流的十二相整流电路。两桥变压器次级绕组电压依次相差30°。若两组桥的交流线电压相等，各自的控制角也相等，则两组桥的整流平均电压也相等，只要极性相符合，就可以并联运行。但是两组整流电压的瞬时值是不等的，两组电源间会出现交流环流。为了限止环流，延长晶闸管的导通时间，需要加入平衡电抗器，输出电压ud=(ud1+ud2)/2,电流id二id1+id2。采用多相整流电路能改善功率因数，提高脉动频率，使变压器初级电流的波形更接近正弦波，从而显著减少谐波的影响。理论上，随着相数的增加，可进一步削弱谐波的影响。但这样做增加了设备费用，在技术上对精确地得到相同的控制角提出了较严格的要求。因而需对方案的技术经济指标进行全面分析，最后作出选择。4、整流电路的谐波与功率因数整流电路整流输出电压是脉动的直流电压，整流输出电流波形对十大电感负载是平直的，但对十电阻、小电感负载仍然是脉动的。同时，交流电源的电流波形，即整流变压器二次电流波形是畸变的、非正弦的。在非正弦电路中，有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同。公用电网中，通常电压的波形畸变很小，但电流波形的畸变可能很大，因此研究电压波形为正弦波，电流波形为非正弦波有实际意义。通常脉波数越多，直流侧输出越平滑，交流侧电流越接近正弦波。为了增加脉波数，可以增加交流侧相数，但是，一般相数增加越多，各相的通电时间变得越短，这样会使整流兀件与整流变压器副边绕组的利用率变坏，使装置体积变大，成本提高。谐波和功率因数对电网的影响：电力电子装置产生谐波，对公用电网产生危害:使供电电源电压和电流波形畸变。供电电源电压和电流波形不但影响电网的其他用户，也会祸及电力电子装置木身，例如同步电压畸变将使触发角不稳定，导致整流波形不规则。增大负载和线路的电流，占用电源的容量，使电网中的元件产生附加损耗，功率因数下降，效率降低。谐波对电动机不产生负载转矩，引起附加谐波损耗与发热，缩短设备使用寿命。对临近的通信系统产生干扰。由十开关过程的快速性等因素，在高电压大电流下，在一定范围内将产生电磁干扰，影响通信设备的正常工作。并联在电源上用于补偿功率囚数的电容器过热。因为电容器的高频阻抗低，很容易通过大量的谐波电流，造成高次谐波电流放大，严重的谐波过载会损坏电容器。可能产生谐波谐振过电压使谐波放大，引起电缆击穿事故。谐波的负