三相整流电路

三相整流电路 1 三相半波可控整流电路 ............................................................................................................... 1 2 三相桥式全控整流电路 ............................................................................................................... 2 3 三相半控桥整流电路 ................................................................................................................... 3 4三种整流电路的比较以及选择 .................................................................................................... 4 整流电路是电力电子中最常见的一种电路，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式多种多样。晶闸管相控整流电路是一种广泛应用的将交流电能转换成直流电能的AC/DC变换电路，它在工业中也有广泛的用途，如直流电动机的调速、同步发电机的励磁、电焊、电镀等许多方面都需要电压可调的直流电。 从不多角度来看晶闸管整流电路，并对其进行分类，主要的分类方法有:按组成的器件可分为不可控、半控和全控三种;按电路结构来分可以分为桥式电路和零式电路;按交流输入项数来分可以分为单相电路和多项电路;按变压器二次侧电流的方向是单向还是双向，又可以分为单拍电路和双拍电路。在三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路。下面介绍几种最常见的三相整流电路: 1 三相半波可控整流电路 三相半波可控整流电路如图所示，为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波电流流入电网。它有两种接法:共阴极接法和共阳极接法，如图1所示。共阴极接法是将整流变压器的二次绕组接成星型，一次绕组接成三角型，三个晶闸管的阳极分别接入三相电源，它们的阴极连接在一起。而共阳极接法则是将三个晶闸管的阳极连接在一起，把三个阴极接到三相电源。不管是共阴极还是共阳极接法，都只用三个晶闸管，而且触发电路有公共端，连线方便，接线简单是其优点。不足之处是晶闸管电流即变压器的副边电流在一个周期内只有1/3 时间有电流流过，变压器利用率较低，且有铁心直流磁化;负载电流要流入电网零线，须加大零线的截面。 图1 三相半波可控整流电路的共阴极和共阳极接法 2 三相桥式全控整流电路 目前在各种整流电路中，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图2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;阳极连在一起的三个晶闸管(VT2、VT4、VT6)称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1到6的顺序导通，为此将晶闸管按如图所示的顺序编号，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。按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 图2 三相桥式全控整流电路 为了说明晶闸管的工作情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为60?，每段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如1所示。有此表可以看出，6个晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 ,,0三相桥式全控整流电路电阻负载晶闸管的工作情况 表1 时段 ? ? ? ? ? ? 共阴极中导通的晶闸管 VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5 共阳极中导通的晶闸管 VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6 uu,uu,uu,uu,uu,uu,abacbcbacacb u整流输出电压 ,u,u,u,u,u,udbcabacbacacb ,,0从触发角时的情况可以总结出三相桥式全控整流电路的一些特点: 1) 每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中1个 晶闸管是共阴极组的，1个是共阳极组的，且不能为同1相的晶闸管。 2) 对触发脉冲相位的要求:6个晶闸管的触发脉冲按VT1、VT2、VT3、 VT4、VT5、VT6的顺序，相位依次相差60?;共阴极组VT1、VT3、VT5 的脉冲依次差120?，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次相差120?;同一 相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲 相差180?。 u3) 整流输出电压一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为d 6脉波整流电路。 4) 在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需 保证同时导通2个晶闸管均有触发脉冲。为此，可采用两种方法:一种 80~100是使脉冲宽度大于60?(一般取)，称为宽脉冲触发。另一种方 法是，在触发某个晶闸管的同时，给序号前的一个晶闸管补发脉冲。即 用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60?，脉宽一般为 20~30，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输 出功率小。宽脉冲触发电路虽然可少输出一半脉冲，但为了不适脉冲变 压器饱和，需将铁芯体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉 冲前沿不够陡，对晶闸管串联使用不利。 3 三相半控桥整流电路 三相桥式半控电路的主电路接线图如图3所示。与全控电路相比，只是将共 阳极组的三个晶闸管用整流二极管来替代。 图3 三相半控桥整流电路 由于电路中只有3个晶闸管，一个电源周期中控制电路向主电路发3次触发 2/3,,,,t,，/3脉冲，其间隔为。脉冲发出的时刻为:VT1，;VT3，;,,,t,， ,,,t,，5/3,,,/3VT5，。如果，VT1得到脉冲时b 相电压低于c相电压(在 UU,波形图上反映为)，由于三个二极管阳极接在一起，所以哪相电压最低abac UU,,,t,2/3那相的二极管就优先导通，此时电路中VT1和VD6导通，。到dab 时，c相电压低于b相电压，c相的二极管VD2优先导通，出现VD2和VD6换相， UU,此后VT1和VD2导通，。到时刻触发VT3，电路中VT3和VD2,,,t,，dac UU,,,t,4/3UU,导通，。到 时，阴极接于a相的VD4承受正压而导dbcab ,,,t,，5/3UU,通，同时VT2关断，VT3、VD4导通使得。此状态维持到触dba ,,t,2UU,UU,发VT5，电路转为VD4、VT5导通的状态，。从开始，由于，dacba UU,,,,t,，7/3VD6、VD4换相，电路中VT5、VD6导通，。直到，进入下dcb U一个工作周期。此时负载电压直流成分与的关系为: ,d 2/3,,,，，，3,(1) UUtdtUtdtU6sin6sin()1.171cos,，,,，,,,,,，，，，，，,,d,,23,，，/32/3，,,, ,,,/3,,,t,，/32/3,如果，触发VT1时已大于，此时c相电压已低,t 于b相电压，c相的二极管VD2优先导通，电路中不会出现VT1和VD6导通的过1 ,,t,4/3UU,程，VT1被触发后即与VD2同时导通，。这一状态一直维持到，dac U此时的正半周结束，如果是电阻性负载，VT1、VD2由于电源电压过零而关断;ac 如果是电感性负载，电感的储能作用会使VT1持续导通，但由于此时a相电压最低，使得阴极接在a相的二极管VD4导通，VT1与VD4串联为负载电流提供通路。可见无论是电感性负载还是纯电阻负载，这段时间负载电压均为0。与前面的分析类似，在触发VT3时，a相电源电压最低，电路中VT3、VD4导通，,,,t,， ,,t,2UU,UU,0。此过程延迟到，的正半周结束，又转为的状态(电dbabad ,,,t,，5/3阻负载时全部器件关断;电感性负载时VT3、VD6导通)。触发VT5， UU,,,t,8/3、VD6导通，。到时负载电压再度为0，一直持续电路中VT5dcb ,,,/3到下一次触发VT1进入下一个工作周期。其中，时负载电压直流成分与α的关系为: 4/3,3,,, (2) UUtdtU,,,，6sin1.171cos,,,，，，，d,,,23,,,，/3,, 4三种整流电路的比较以及选择 1) 三相桥式半控电路是用二极管代替全桥的三个晶闸管。触发电路只需要给 共阴极组三个晶闸管输送相隔120?的窄触发脉冲即可，而全控桥要供给 六个晶闸管所需的相隔60?的宽脉冲触发或双脉冲触发，所以半控桥电 路节省了晶闸管，触发方便，较为简单，投资省。 2) 三相半波可控整流电路功率因数低，在相同的情况下相比于另外两种电路 要求的体积大。 3) 三相全控桥整流电路一般是在需要回馈的电路中使用，而数码发电机不需 要回馈。 通过对三种三相整流电路的优缺点的比较，并且结合数码发电机的需要，本次设计选择三相半控桥作为数码发电机的整流电路，因为结合数码发电机的技术要求，经济、电路简单，控制算法、程序设计相对都不复杂的三相半控桥整流电路更能满足数码发电机的要求。