三相整流电路原理图

范文一：三相整流电路原理图

三相整流电路原理图

当功率进一步增加或由于其他原因要求多相整流时，三相整流电路就被提了出来。图1所示就是三相半波整流电路原理图。在这个电路中，三相中的每一相都和单独形成了半波整流电路，其整流出的三个电压半波在时间上依次相差叠加，并且整流输出波形不过点，其最低

点电压.

三相桥式(全波)整流滤波

三相桥式全控整流电路全面解析

随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。常用的三相整流电路有三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路，由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电容、电感、电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。Matlab提供的可视化仿真工具Simtlink可直接建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强，进一步省去了编程的步骤。本文利用Simulink对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析，既进一步加深了三相桥式全控整流电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。

1 电路的构成及工作特点

三相桥式全控整流电路原理图如图1所示。三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的，它由三相半波共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共阳极接法(VT1，VT6，VT2)的串联组合。

其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于π,3的宽脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲;每隔π,3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。接线图中晶闸管的编号方法使每个周期内6个管子的组合导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6;共阴极组T1，T3，T5的脉冲依次相差2π,3;同一相的上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脉冲相差π，给分析带来了方便;当α=O时，输出电压Ud一周期内的波形是6个线电压的包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为6脉动整流电路。同理，三相半波整流电路称为3脉动

整流电路。α>0时，Ud的波形出现缺口，随着α角的增大，缺口增大，输出电压平均值降低。当α=2π,3时，输出电压为零，所以电阻性负载时，α的移相范围是O,2π,3;当O?α?π,3时，电流连续，每个晶闸管导通2π,3;当π,3?α?2π,3时，电流断续，个晶闸管导通小于2π,3。23α=π,3是电阻性负载电流连续和断续的分界点。

2 建模及仿真

2.1 建模

根据三相桥式全控整流电路的原理可以利用Simulink内的模块建立仿真模型如图2所示，设置三个交流电压源Va，Vb，Vc相位角依次相差120?，得到整流桥的三相电源。用6个Thyristor构成整流桥，实现交流电压到直流电压的转换。6个pulse generator产生整流桥的触发脉冲，且从上到下分别给1,6号晶闸管触发脉冲。

2.2 参数设置及仿真

三相电源的相位互差120?，交流峰值电压为l00 V，频率为60 Hz。晶闸管的参数为:Rn=O(001 Ω，Lon=0(000 1 H，Vf=0 V，Rs=50 Ω，Cs=250×10-9。负载电阻性设R=45 Ω，电感性负载设L=1 H。脉冲发生器脉冲宽度设置为脉宽的50 ,，脉冲高度为5 V，脉冲周期为0(016 7 s，脉冲移相角随着控制角的变化对“相位角延迟”进行设置。

(1)根据三相桥式全控整流电路的原理图，对不同的触发角α会影响输出电压进行仿真，负载为阻感特性。

从以上仿真波形图可知改变不同的控制角，输出电压在发生不同的变化。

(2)由于高压强电流的情况，整流电路晶闸管很容易出现故障。假设以下情况对故障现象进行仿真分析，当α=30?，负载为阻感性时，仿真分析故障产生的波形情况。只有一个晶闸管故障波形如图6所示。同一相的两个晶闸管故障波形如图7所示。

不同桥且不同相的两个晶闸管发生故障时的仿真波形如图8所示。

从以上故障仿真波形图来看，不同的晶闸管出现故障时，产生的波形图是不一样的，所以，通过动态仿真能有效知道整流电路出现故意时候的工作情况，同时也加深对三相全控整流电路的理解和运用。

通过仿真和分析，可知三相桥式全控整流电路的输出电压受控制角α和负载特性的影响，文中应用Matlab的可视化仿真工具simulink对三相桥式全控整流电路的仿真结果进行了详细分析，并与相关文献中采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。采用Matlab,Simulink对三相桥式全控整流电路进行仿真分析，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种直观、快捷分析整流电路的新方法。应用Matlab,Simulink进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况。应用Matlab对整流电路故障仿真研究时，可以判断出不同桥臂晶闸管发生故障时产生的波形现象，为分析三相桥式整流电路打下较好的基础，是一种值得进一步应用推广的功能强大的仿真软件，同进也是电力电子技术实验较好辅助工具。

第二章晶闸管可控整流电路

第一节晶闸管单相可控整流电路

一、电阻性负载单相可控整流电路

电炉、白炽灯等均属于电阻性负载。电阻性负载的特点是: 负载两端的电压和流过的电流波形相同～相位相同。

1、电路组成

单相桥式全控整流电路如图2-1(a)所示。电路由四个晶闸管和负载电阻Rd组成。晶闸管V和V组成一对桥臂～V和V组成另一对桥臂。 1324

0,t(b),,

0,t,t,t(c)12

(d)0,t

VViu12dV1,4Ti2，a，(e)uuR0,tu12dd,,bi2VV34

(f)0,t

(a)

图 2-1 单相全控桥式整流电路电阻性负载及其波形

(a)电路, (b) 电源电压, (c) 触发脉冲, (d) 输出电压,

(e) 晶闸管上的电压, (f) 变压器副边电流

2( 数值关系

由图2-1,d,所示的负载上电压波形可知～在晶闸管承受正向电压的时间内～改变控制极触发脉冲的输入时刻(即移相)～负载上得到的电压波形就随之改变～这样就控制了负载上输出电压的大小。晶闸管在正向电压下不导通的电角范围称为控制角～有时也称其为移相角～用α表示,而导电范围称为导通角～用θ表示。

,121cosU，,22sin()(1cos)0.9UUtdtU,,，,,,,d22,,2,,

由图2-1可知整流输出电压的平均值为当α=0?时～相当于不可控桥式整流～此时输出电压最大～即U=0.9U。当α=180?时～输出电压为零～故晶闸d2

管的可控移相范围为0，180?。

,,,,1sin2,2,,(2sin)()UUtdtU,,，22,0,2,,

整流输出电压的有效值为

在负载上～输出电流的平均值I和有效值I分别为 d

UU1，cos,,,,,,,,,,UUIsin2，2(,)1,d22I,,0.9,,,KI,,,,sin2，dfRR2,,RIR,1(1，cos,),2ddddd

由于晶闸管V、V和V、V在电路中是轮流导通的～因此流过每个晶闸管的1423

平均电流只有负载上平均电流的一半～即

U11，cos,,,,,,PUIUsin2,2II,,0.45,,,cos,,,,，dVdR22,,SUIU,,2d222

在选择晶闸管以及导线截面积时～要考虑发热问题～应根据电流的有效值进行计算。在一个周期内电源通过变压器TR两次向负载提供能量～因此负载电流有效值与变压器次级电流有效值相同～则电路的功率因数可以按下式II2

计算:

二、大电感负载可控整流电路1(单相全控桥式整流电路

在生产实践中～除了电阻性负载外～最常见的负载还有电感性负载～如电动机的励磁绕组～整流电路中串入的滤波电抗器等。为了便于分析和计算～在电路图中将电阻和电感分开表示。

(b),0t,

(d)0,t

(e)0,t

iV1,4

(f)0,t

iV2,3

VVi(g)12d0,tTi2L，i2，uuu12d(h)0,t,R,uV1,4VV34

(i)0,t

(a)

当整流电路带电感性负载时～整流工作的物理过程和电压、电流波形都与带电阻性负载时不同。因为电感对电流的变化有阻碍作用～即电感元件中的电流

图 2-2 单相全控桥式整流电路电感性负载及其波形

(a)电路, (b) 电源电压, (c) 触发脉冲, (d) 输出电压, (e) 输出电流,

(f) 晶闸管V -1 , V -4上的电流, (g) 晶闸管V -2 , V -3上的电流,

(h) 变压器副边电流, (i) 晶闸管V -1 , V -4上的电压

不能突变～当电流变化时电感要产生感应电动势而阻碍其变化～所以～电路

电流的变化总是滞后于电压的变化。

负载电流连续时～整流电压平均值可按下式计算:

,，,122U,2Usintd(t),Ucos,0.9Ucos,,,,d222,,,,

输出电流波形因电感很大～平波效果很好而呈一条水平线。两组晶闸管轮流导电～一个周期中各导电180?～且与α无关～变压器二次绕组中电流i的波2

和有效值相等～其波形系数为1。形是对称的正、负方波。负载电流的平均值IId

在这种情况下:

当α=0?时～U=0.9U, d2

当α=90?时～U=0～其移相范围为90?。 d

晶闸管承受的最大正、反向电压都是。

流过每个晶闸管的电流平均值和有效值分别为

,,1VI,I,I,IdVddd,,222

,,2VI,I,I,IVddd,,222

很明显～单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小、功率因数高和变压器利用率高等特点。然而值得注意的是～在大电感负载情况下～当控制角α接近π/2时～输出电压的平均值接近于零～负载上的电压太小～且理想的大电感负载是不存在的～故实际电流波形不可能是一条直线～而且在α=π/2之前电流就会出现断续。电感量越小～电流开始断续的α值就越小。

2( 单相半控桥式整流电路

图 2-3单相半控桥式整流电路带大电感负载时的电压、电流波形

(a) 电路, (b) 波形

当u的正半周、控制角为α时～触发晶闸管V～则V和VD因承受正向电压2112而导通。当u下降到零并开始变负时～由于电感的作用～它将产生一感应电势使2

V继续导通。但此时VD已承受正向电压正偏导通～而VD反偏截止～负载电流112

i经VD 、 V流通。此时整流桥输出电压为V和VD的正向压降～接近于零～d1111

所以整流输出电压u没有负半周～这种现象我们把它叫做自然续流。在这一点上～ d

半控桥和全控桥是不同的。

u的负半周具有与正半周相似的情况～控制角为α时触发V～ V 、VD导通～ 2221u过零变正时经VD、 V自然续流。 222

综上所述～单相半控桥式整流电路带大电感负载时的工作特点是:晶闸管在触发时刻换流～二极管则在电源电压过零时换流,由于自然续流的作用～整流输出电压u的波形与全控桥式整流电路带电阻性负载时相同～α的移相范围为0，d

180?～u 、I的计算公式和全控桥带电阻性负载时相同,流过晶闸管和二极管dd

的电流都是宽度为180?的方波且与α无关～交流侧电流为正、负对称的交变方波。上述各波形如图2-3(b)所示。

单相半控桥式整流电路带大电感性负载时～虽本身有自然续流的能力～似乎不需要另接续流二极管。但在实际运行中～当突然把控制角α增大到180?以上或突然切断触发电路时～会发生正在导通的晶闸管一直导通～两个二极管轮流导通的现象。此时触发信号对输出电压失去了控制作用～我们把这种现象称为失控。失控现象在使用中是不允许的～为消除失控～带电感性负载的半控桥式整流

,2,

0,t,,

0,t

iV1

0,t

iV2

0,t

iVD1

0,t

iVD2idVV120,t

i2iV1iT2L，0,t，iduuuVD12d,R,0,t

iiVDVD1

VDVD120,,,，,,t

(b)(a)

电路还需另接续流二极管VD～如图2-4(a)所示。

图 2-4 单相半控桥式整流电路带大电感负载接续流二极管时的波形

(a) 电路, (b) 波形

根据以上分析～可求出输出电压平均值为其输出电压有效值为

,,,,,V121cos，,,,IIIdVdd2sin()(1cos)0.9UUtdtUU,,，,,,,d222,,,22,2,,

,,,,V,,IIIVdd2,2,

在控制角为α时～每个晶闸管一周内的导通角为θ=π-α～续流管的流通角V

为θ=2α～则流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为流经续流二极管的电流VD

平均值和有效值分别为

,,VDI,I,IdVDdd,,2

,,VDI,I,IVDdd,,2

实验二单相桥式半控整流电路的研究 1. 实验目的

(1) 熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。

(2) 熟悉触发电路中各点的波形及脉冲移动的方法。

(3) 对电阻负载、电感负载的工作情况及波形进行全面的分析。 2. 实验设备

实验设备有JZB-?型电力电子变流技术实验装置、滑线变阻器或灯板、电抗器、示波器和万用表。

3. 实验线路

1) 实验原理图

Sa1

S2Ld220 VuRddVV13VDR1续流二极bV1管AB

VDR1R2220 VRR3PTB

VD60 VWCV2

DVDVD24CR4R5

主电路及触发电路如图2-5所示。

图2-5 单相半控桥式整流电路实验原理图及触发电路图 4. 实验步骤

1) 实验准备

(1, 熟悉电力电子实验柜～找出单结晶体管触发电路所在位置。

(2, 找出测试点与测量插孔之间的对应关系。

2) 晶闸管触发电路的测试

接通单结晶体管触发电路的电源～即同步变压器TB的A相副边电源～如图2-5所示。用示波器逐一观察触发电路中整流输出点A、削波点B、锯齿点C、单结晶体管输出点D及脉冲变压器输出脉冲波形, 并将实验结果填入表2-1。

3) 电阻负载

(1,按图2-6接好主电路～在两个晶闸管的门极接上触发脉冲～并在主电路

的输出端接上电阻负载。

(2,用示波器逐一观察负载两端电压u、晶闸管两端电压u及整流二极管两dV端的电压u波形, 并将实验结果填入表2-17中。 VD

(3,调节移相电位器R～用示波器观察并记录不同α角时的u、u、i的波PdVd形; 测量电源电压及负载电压的数值～验证 ,0.9(1+cos)/2的关UUUUα2dd2

A1AA2gg12三相B1VV13B变压器B2TRC1CC2A

KMOV，O2

输出VD主电路电源VD24

系～并将测量的结果记录于表中。

(4) 用双踪示波器观察u与脉冲电压u之间的相位系。图2-6 单相半dg

控桥式整流实验接线图4) 电阻电感负载

(1, 切断电源～在主电路输出端换接上电阻电感负载,将电阻与一个电抗器串联,。

(2, 不接续流二极管～接通电源～用示波器观察不同导通角时u、u、idVd的波形～同时测量U及U的数值～并与U,0.9U(1+cosα)/2进行比较分析～2dd2

将测量的结果记录于表2-2中。

(3, 接上续流二极管,可在实验柜中的六个整流二极管中任选一个,～重复上述步骤。表2-1 单结晶体管触发电路中各点的波形

接线注意:

(1, 示波器在同时使用两探头测量时～必须将两探头的地线端接在电路的同一电位点上～否则会因两探头地线造成被测电路短路事故。

(2, 主电路的电源和触发电路的电源必须都用同一相电源～建议都使用A相电源。 5. 实验结果表2-2 主电路各元件电流、电压波形

6. 实验报告要求

(1) 分析实验记录中的波形与理论分析的波形是否一致。

(2) 分析总结导通角α与负载电压U的关系是否满足U,0.9U(1+cos2d2α)/2～该关系与负载的性质是否有关系。

(3) 分析续流二极管对负载电压、电流波形有何影响～它的作用是什么。

第二节晶闸管三相可控整流电路

一、电阻性负载三相半波可控整流电路

三相半波(又称三相零式)相控整流电路如图2-7(a)所示。图中TR是整流变压器～可直接由三相四线电源供电。三只晶闸管的阴极连在一起～称为共阴极接法～这在触发电路有公共线时连接比较方便～因此得到了广泛应用。 1、电路组成

2、工作原理

图2-7(b)是电源相电压波形～三相电压正半周交点,图中1、 2、 3等点,是不用控制时整流的自然换流点～也就是各相晶闸管能被触发导通的最早时刻,1点离a相相电压u的原点π/6,～该点作为控制角α的计算起点。当α=0?a

时,ωt所处时刻,～触发V管～则V管导通～负载上得到a相相电压。同理～111

隔120?电角,ωt时刻,触发V管～则V导通～ V则受反压而关断～负载得2221

到b相相电压。ωt时刻触发V导通～而V关断～负载上得到c相相电压。如332

此循环下去。输出电压u是一个脉动的直流电压～如图2-7(d)所示～它是三d

相交流相电压正半周包络线～相当于半控整流的情况。在一个周期内～u有三d次脉动～脉动的最高频率是150 Hz。

,,0?uu2uuuabca

1234

,t,t,t(b),t0123

uuuuugg1g2g3g1

(d)0,tV1TaiV1

bV2(e)0,tcV3uuV1dR

i(f)0,td

(a)uuabac

图 2-7三相半波可控整流电路电阻性负载=0?时的波形 (a) 电路, (b) 电源相电压, (c) 触发脉冲, (d) 输出电压、电流,

(e) 晶闸管V -1上的电流, (f) 晶闸管V -1上的电压

从中可看出～三相触发脉冲依次间隔120?电角～在一个周期内三相电源轮流向负载供电～每相晶闸管各导通120?～负载电压是连续的。

图2-7(e)是流过a相晶闸管V的电流波形～其它两相晶闸管的电流波形形1

状与此相同～相位依次相差120?。变压器绕组中流过的是直流脉动电流～在一个周期中～每相绕组只工作1/3周期～因此存在变压器铁芯直流磁化和利用率不高的问题。

,,30?u,u2uuuabca

t,1(a)0,t,t,t,t023

uguuuug1g2g3g1(b)0,t

udid

iV1

(d)0,t

uV1uac

(e)0,t

uuabac

图2-7(f)是V上电压的波形。 V导通时为零,V导通时～ V承受的是 1121

线电压u,V导通时～V承受的是线电压u。其它两只晶闸管上的电压波ab31ac

形形状与此相同～只是相位依次相差120?。

图 2-8 三相半波可控整流电路电阻性负载α=30?时的波形 (a) 电源电压, (b) 触发脉冲,(c) 输出电压、电流, (d) 晶闸管上的电流

图2-8所示是α=30?时的波形。设V已导通～负载上获得c相相电压u～3c当电源经过自然换流点ωt时～由于V的触发脉冲u01g1

通～而u仍大于零～所以V不能关断而继续导通,直到ωt处～此时u触发Vc31g11导通～V承受反压关断～负载电流从c相换到a相。以后即如此循环下去。从3

图2-8中可看出～这是负载电流连续的临界状态～一个周期中～每只管子仍导通120?。

图2-9所示是α=60?时的波形～设V已工作～电路输出c相相电压u。当3cu过零变负时～V因承受反压而关断。此时V虽已承受正向电压～但因其触发脉c31

冲u尚未来到～故不能导通。此后～直到u 到来前的一段时间内～各相都不导g1g1

通～输出电压电流都为零。当u到来～V导通～输出电压为a相相电压u, 依g11a

次循环。若控制角α继续增大～则整流电路输出电压u将继续减小。当α=150?d

时～u就减小到零。 d

,,60?u2uuuuabca

(a)0,t

uguuuug1g2g3g1(b)0,t

udid

(c),t0

iV1

(d)t0,

图 2-9三相半波可控整流电路电阻性负载=60?时的波形 α

(a)电源电压, (b) 触发脉冲,

,1,控制角α=0?时～输出电压最大,α增大～输出电压减小, 当α=150?时～输出电压为零～所以最大移相范围为150?。当α?30?时～电流,压,连续～每相晶闸管的导通角θ为120?～当α,30?时～电流,电压,断续～导通角120?～导通角为θ=150?-α ,2, 由于每相导电情况相同～故只需在1/3周期内求取电路输出电压的平均值～即一个周期内电路输出的平均值。

当α?30?时～电流电压连续～输出直流电压平均值U为 d

,5,1.17U[1cos(30)]，:，,，,112,6U2Usindt,,,U,2Usin,td(,t),1.17Ucos,2,d,,d22,,,,，，,,2/332/3,,66

0??α?30?式中U为变压器次级2φ相电压有效值。当30?,α?150?时～电路输出电压u、输出电流i波形dd

断续～导通角 θ=150?-α。可求得输出电压的平均值为

30??α?150?,3, 负载电

Ud,IdR

流的平均值I为I d

流过每个晶闸管的平均电流I为 dV

1I,IdVd3

流过每个晶闸管电流的有效值为

,,U,1232,,,I,，cos2,V,,R232,d,,

,,U,15312,,,I,,,，cos2,，sin2,V,,R2644,d,,

0??α?30?

0??α?150?

,4, 从图2-1(f)可看出～晶闸管所承受的最大反向电压为电源线电压峰

6U2,值～即最大正向电压为电源相电压峰值～即。最大正向电压为电源相电

2U2,压峰值～即。

二、大电感负载三相半波可控整流电路

图 2-10三相半波可控整流电路大电感负载α=60?时的波形 (a) 电路, (b) 输出电压, (c) 触发脉冲, (d) 输出电流, (e) 晶闸管上的

电压由上分析可得:

,1, 由图2-10可看出晶闸管承受的最大正、反向电压均为线电压峰值

6U2U2,2, ～这一点与电阻性负载时晶闸管承受的正向电压是不同的。

,2, 输出电压的平均值U可由u波形从π/6+α~5π/6+α内积分求得 dd

,5,，16U,2Usin,td(,t),1.17Ucos,,d,22,,，,2/3,6

负载电流的平均值I为 d

U2,I,1.17cos,dR

1I,IdVd3

1I,I,0.577IVdd3

流过晶闸管的电流平均值与有效值为

,,60?uduuubcaV1Ta

bV(b)20,t

cV3LudVDidiRd(c)iiiiiiiiV3VDV1VDV2VDV3VD0(a),t

图 2-11 三相半波可控整流电路电感负载带续流二极管时的波形

(a) 电路, (b) 波形图

很明显～u的波形与纯电阻负载时一样～U的计算公式也与电阻性负载时相dd

同。一个周期内～晶闸管的导通角θ=150?-α。续流二极管在一个周期内导通T

三次～因此其导通角=3(-30?)。流过晶闸管的平均电流和电流的有效值θαVD

分别为

,,,,,30:150:,VDVI,I,II,I,IdVDdddVdd,,2120:2360:

,,150:,,,,30:VDVI,I,I,I,IIVVDdddd2360:2120:,,

流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为

三、反电势负载的可控整流电路串联平波电抗器的电动机负载就是一种反电势负载。当电感L足够大时～负载电流i的波形近似于一条直线～电路输出电压d

u的波形及计算与大电感负载时一样。但当L不够大或负载电流太小～L中储存d

的磁场能量不足以维持电流连续时～则u的波形出现由反电势E形成的阶梯～Udd不再符合前面的计算公式。

第三节三相全控桥式可控整流电路

1、电路组成

U,2，1.17Ucos,,2.34Ucos,,1.35Ucis,d2,2,21

三相全控桥式整流电路由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成～如图2-12所示。因此～整流输

出电压的平均值U为三相半波整流时的两倍～在大电感负载时为 d

TVVV135a

bRudc

VVV462id

式中U为变压器次级线电压有效值。 2l

图 2-12三相桥式全控整流电路

与三相半波电路相比～若要求输出电压相同～则三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电压的要求降低一半,若输入电压相同～则输出电压比三相半波可Ud控整流时高一倍。另外～由于共阴极组在电源电压正半周时导通～流经变压器次级绕组的电流为正,共阳极组在电压负半周时导通～流经变压器次级绕组的电流为负～因此在一个周期中变压器绕组不但提高了导电时间～而且也无直流流过～克服了三相半波可控整流电路存在直流磁化和变压器利用率低的缺点。

u,,0?2uuuuabca

(a)0,t

(1)(2)(3)(4)(5)(6)

VVVV1351导通管(b)

VVVVV62462

2、工作原理及工作波形图 2-13 三相全控桥式整流电路大电感负载α=0?时的

波形

(a) 输入电压, (b) 晶闸管的导通情况,

ug,,,uuuuuuug1g3g5g1g3g5g1

0,t(c)ug,,,uuuuuuug2g4g6g6g2g4g6

0,t

uduuuuuuuabacbcbacacbab

(d)0,t

图 2-13 三相全控桥式整流电路大电感负载=0?时的波形 α

,t0

(e)ib

,t0

iab

,t0

uV1

(f)0,t

uuabac

图 2-13三相全控桥式整流电路大电感负载α=0?时的波形

(e) 变压器次级电流及电源线电流, (f) 晶闸管上的电压

为分析方便～把一个周期分为6段～每段相隔60?。在第(1)段期间～a相电位u最高～共阴极组的V被触发导通～b相电位u最低～共阳极组的V被触a1b6发导通～电流路径为u?V?R(L)?V?u。变压器a、b两相工作～共阴极组的a16b

a相电流i为正～共阳极组的b相电流i为负～输出电压为线电压u=u。 abdab第(2)段期间～u仍最高～V继续导通～而u变为最负～电源过自然换流点时触a1c

发V导通～c相电压低于b相电压～V因承受反压而关断～电流即从b相换到c26

相。这时电流路径为u?V?R(L)?V?u。变压器a、c两相工作～共阴极组的a12c

a相电流i为正～共阳极组的c相电流i为负～输出电压为线电压u=u在第(3)cdac

段期间～u为最高～共阴极组在经过自然换流点时触发V导通～由于b相电压高b3

于a相电压～ V管因承受反压而关断～电流从a相换相到b相。V因为u仍为12c最低而继续导通。这时电流路径为u?V?R(L)?V?u。变压器b、 c两相工b32c

作～共阴极组的b相电流i为正～共阳极组的c相电流i为负～输出电压为线bc

电压=。以下各段依此类推～可得到在第(4)段时输出电压=,在第(5)uuuudbcdba段时输出电压u=u, 在第(6)段时输出电压u =u。以后则重复上述过程。由dcadcb

?V?以上分析可知～三相全控桥式整流电路晶闸管的导通换流顺序是:V?V612V?V?V?V。电路输出电压u的波形如图2-13(d)所示。 3456d

3、结果分析

由以上分析可看出如下几点:

三相全控桥式整流电路在任何时刻必须保证有两个不同组的晶闸管同时导通才能构成回路。换流只在本组内进行～每隔120?换流一次。由于共阴极组与共阳极组换流点相隔60?～所以每隔60?有一个元件换流。同组内各晶闸管的触发脉冲相位差为120?～接在同一相的两个元件的触发脉冲相位差为180?～而相邻两脉冲的相位差是60?。元件导通及触发脉冲情况如图2-13(b)、 (c)所示(2) 为了保证整流装置启动时共阴与共阳两组各有一个晶闸管导通或电流断续后能使关断的晶闸管再次导通～必须对两组中应导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。采用宽脉冲,必须大于60?、小于120?～一般取80?，100?,或双窄脉冲,在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次～两次脉冲间隔为60?,都可达到上述目的。采用双窄脉冲触发的方式示于图2-13(c)中。双窄脉冲触发电路虽然复杂～但可减小触发电路功率与脉冲变压器体积～所以较多采用。 (3) 整流输出电压由线电压波头、、、、和组成～其波形是上述线uuuuuuudabacbcbacacb

电压的包络线。可以看出～三相全控桥式整流电压u在一个周期内脉动6次～d

脉动频率为300 Hz～比三相半波大一倍,相当于6相,。

(4) 图2-13(e)所示为流过变压器次级的电流和电源线电流的波形。由图可看出～由于变压器采用?/Y接法～使电源线电流为正、负面积相等的阶梯波～更接近正弦波～谐波影响小～因此在整流电路中～三相变压器多采用?/Y或Y/?接法。

(5) 图2-13(f)所示为晶闸管所承受的电压波形。由图可看出～在第(1)、(2)两段的120?范围内～因为V导通～故V承受的电压为零,在第(3) 、 (4)11

两段的120?范围内～因V导通～所以V管承受反向线电压u,在第(5)、 (6)31ab

两段的120?范围内～因V导通～所以V管承受反向线电压u。同理也可分析51ac其它管子所承受电压的情况。当α变化时～管子电压波形也有规律地变化。

(6) 脉冲的移相范围在大电感负载时为0?，90?。顺便指出～当电路接电阻性负载时～当α,60?时波形断续～晶闸管的导通要维持到线电压过零反向后才关断～移相范围为0?，120?。

(7) 流过晶闸管的电流与三相半波时相同～电流的平均值和有效值分别为

当,0?时～每个晶闸管都不在自然换流点换流～而是后移一个角开始αα换流～图2-14、2-15、 2-16为α=30?、60?、 90?时电路的波形。从图中可见～当?60?时～的波形均为正值～其分析方法与=0?时相同。当,αuααd

60?时～由于电感L的感应电势的作用～u的波形出现负值～但正面积大于负d

uI,(1/3)I2,,30?dVduuuabc

I,1/3I,0.577IVdd(a)0,t

uduuuuuuuabacbabccacbab

(b)0,t

uV1uac

uacuab

面积～平均电压U仍为正值。当α=90?时～正、负面积相等～输出电压U =0。 dd三相全控桥式整流电路大电感负载α=30?时的电压波形图2-15三相全控桥式整流电路大电感负载

实验三三相桥式全控整流电路的研究1. 实验目的

(1) 熟悉三相桥式电路的接线～观察电阻负载、电阻电感负载及反电动势负载时输出电压、电流的波形。

(2) 理想触发器定相原理～掌握测试晶闸管整流装置的步骤和方法。

VVV，15 Vg1351A，aCF1380,aggg135,15 VkD, yn11

XYa2SKMAT，15 Vg,a2XxCF2B，bb2，cB380R380 V,15 VkYyc2XYC，15 Vg3Zz,bCF3,bggg462C，c,15 Vk380XY，15 VgVVV4462CF4，a,c,15 Vk

，15 VXYUb，15 Vg53.3 kCF5,c,15 Vk

XYUp，15 Vg63.3 kCF6，b,15 Vk,15 VXY

图 2-17三相桥式全控整流实验主电路图2-18 三相桥式全控整流实验控制电路

3. 实验设备

实验设备有JZB-?型电力电子变流技术实验装置、直流电动机-发电机组、三相整流变压器、电抗器、滑线变阻器、灯板、双踪示波器以及万用表。

4. 实验原理

三相全控桥式整流电路输出电压,2.33cos, 负载额定电压为220 VUUαd2

1#2#3#4#5#6#

XYXYXYXYXYXY

选110 V较为合适。时～U2

在采用图2-17所示的编号时～晶闸管导通按V?V?V?V?V?V?V6123456

图2-19 双脉冲电路的接线图

顺序循环。为保证每一瞬间两只晶闸管同时导通～本实验采用了锯齿波同步的双脉冲触发电路～其双脉冲电路的接线见图2-19。脉冲发出顺序按1,、2,、3,、4,、5,、6,、1,循环～间隔为60?～每个触发电路在一周内发两个脉冲, 间隔也为60?。

由锯齿波同步触发电路可知～在同步电压负半周时形成锯齿波～因此要求同步电压u与被触发晶闸管阳极电压在相位上相差180?～这样可以得出晶闸管元V

件触发电路的同步电压。5. 实验内容及步骤

1) 实验准备

(1, 熟悉实验装置的电路结构～找出本实验使用的直流电源、同步变压器、锯齿波同步触发电路和晶闸管主电路, 检查一下实验设备是否齐全。

(2) 测定交流电源的相序。

(3, 确定主变压器与同步变压器的极性～并将主变压器接成D,yn11～同步变压器接成D,yn11,yn5联结组, 如图2-18所示。

(4) 按图2-18将触发电路接好～ X、 Y端暂不接脉冲信号。

(5,合上S～接通各直流电源～逐个检查每块触发板工作是否正常～然后用双踪示波器依次测量相邻两块触发板的锯齿波电压波形～调节斜率电位器R～ p使锯齿波的斜率一致～间隔为60?～见图2-21。这种调试方法称为锯齿波排队法。

(6,测量触发板的输出脉冲～由于Y端未接～触发板输出为单脉冲～用双踪示波器测量相邻两块触发板的输出脉冲～看是否相隔60?～如不是～可稍调斜率电位器RP来实现脉冲对称。脉冲排队的波形见图2-21。

(7) 按图2-19将各触发板X、 Y端联起来～使其输出双脉冲～用双踪示波

0,t

器观察双脉冲的波形～见图2-22。

图2-20锯齿波排队电路

uugg

,1#3#5#1#1#1#1#

0060?,t,t360?360?

ugug,2#2#4#6#2#2#

0060?60?60?60?60?,t,t

图2-21 单脉冲排队波形

图2-22 双脉冲排队波形2) 电阻负载

(1, 触发电路正常后～把控制电压旋钮调到零～然后调节U～使α,120?。p仔细检查线路无误后～按图2-17接好主电路并接通电源。调节控制电压U～观c察输出电压u的波形～并将α,30?、60?、90?时输出电压u 、晶闸管V两dd1端电压u的波形以及u 、U的数值记录于表中。 V1dc

(2,去掉一只晶闸管的脉冲～观察输出电压u的波形及不触发的晶闸管两端d

的电压波形～比较不触发的晶闸管两端电压与正常触发的晶闸管两端电压有什么不同～将结果记录于表中～分析这些波形。

3) 电阻电感负载

(1, 按停止按钮～切断主电路～在输出端换上电阻电感负载。然后按启动按钮接通主电路电源～记录α,30?、60?、 90?时输出电压u、电流i、电dd抗器两端电压u的波形于表中。 Ld

(2,改变R的数值～观察输出电流I的脉动情况～并记录R阻值最大与ddd最小时i波形于表中。 4) 反电动势负载 d

(1)按停止按钮～切断电源～在输出端换接上电动机负载。

(2,接通主电路电源～带上一定负载～调控制电压旋钮～使U由零逐渐d上升到额定值～用示波器观察并记录不同角时输出电压、电流及电动机αUidd电枢两端电压u的波形～记录U,直流发电机输出电压,与U的数值～验证U**d

()关系。 ,fUz

(3, 断开电源～接入平波电抗器L～重复上述实验～观察并记录不同αd

角时输出电压u、电流i及电动机电枢两端电压u的波形～记录U与U的数值～dd**验证 ,()关系。将以上结果记录入表2-7中。 UfUdz

(4,直流电动机机械特性实验。切断电源～使控制电压U电位器旋钮调到零c位～使直流发电机空载。接通电源～逐渐调节控制电压～使输出电压U为额定值～d记录电动机电流I及转速n～再逐渐增加负载到额定值～中间记录n点～做出d

机械特性n=f(I)曲线。 6. 实验结果 d

实验结果填入表2-4~表2-8。

7. 实验报告要求

(1) 分析实验中出现的现象～回答实验中提出的问题。

(2) 整理实验中记录的波形。

(3) 总结调试三相桥式整流电路的步骤和方法。

(4) 画出电阻负载时的输入-输出特性U=f(U)关系曲线。 dc

(5) 绘出电动机机械特性n=f(I)曲线。 d

第四节变压器漏电抗对整流电路的影响一、换相期间的输出电压

以三相半波可控整流大电感负载为例～分析漏抗对整流电路的影响。

I,,didb,U,(u,u)d,(t),Ld(,t),,Ldi,XIbdTTbTd,,,,000dt

在换相,即换流,时～由于漏抗阻止电流变化～因此电流不能突变～因而存在一个变化的过程。 ωt时刻触发V管～使电流从a相转换到b相～ a12

相电流从I不能瞬时下降到零～而b相电流也不能从零突然上升到I～电流换相dd需要一段时间～直到ωt时刻才完成～如图2-23(c)所示～这个过程叫换相过程。 2

换相过程所对应的时间以相角计算～叫换相重叠角～用γ表示。在重叠角γ期间～ a、b两相晶闸管同时导电～相当于两相间短路。两相电位之差u-u称为短路电ba压～在两相漏抗回路中产生一个假想的短路电流i～如图2-23(a)虚线所示,实k

际上晶闸管都是单向导电的～相当于在原有电流上叠加一个i ,～a相电流i=I- kadi ～随着i的增大而逐渐减小,而i= i是逐渐增大的。当增大到I也就是ikkbkda减小到零时～V关断～V管电流达到稳定电流I ～完成换相过程。在换相过程12d

中～u波形既不是u也不是u～而是换流两相电压的平均值。与不考虑变压器dab

漏抗～即γ=0时相比～整流输出电压波形减少了一块阴影面积～使输出平均电压U减小了。这块减少的面积是由负载电流I换相引起的～因此这块面积的平dd

均值也就是I引起的压降～称为换相压降～其值为图中三块阴影面积在一个周d

期内的平均值。对于在一个周期中有m次换相的其它整流电路来说～其值为m块阴影面积在一个周期内的平均值。由式(2-21)知～在换相期间输出电压u = u db-L(di/dt)= u -L(di/dt)～而不计漏抗影响的输出电压为u ～故由L引起TkbTbbT的电压降低值为u -u=L(di/dt)～所以一块阴影面积为 bdTb

二、换相重叠角γ

为了便于计算～坐标原点移到a、b相的自然换相点～并设

从电路工作原理可知～当电感L中电流从,变到I时～正好对应ωt从α变Td

到α，γ～根据这些条件～再进行数学运算可求得

IXdT,,,coscos(),，,,U2sin2,m

上式是一个普遍公式～对于三相半波电路～代入m=3可得

IX2IXdTdT,,,coscos(),，,,,6U2,2Usin2,3

3U2,对于三相桥式电路～因它等效于相电压为时的六相半波整流电路～电压为3U2,～=6～代入后结果与三相半波电路相同。对于单相双半波电路～它相当m

IXIXdTdT,,,coscos(),，,,,2U2,2Usin2,2

于两相半波电路, 只要把m=2代入即可得

对于单相全控桥～由于变压器漏抗X在一周期两次换流中都起作用～其电流T

从I到-I～虽然此时m=2～但换流角方程为 dd

2IXdTcoscos(),,,，,,2U2,

只要已知I、X、U与控制角α～就可计算出重叠角γ。当α一定时～ I XdT2φdT增大～则γ增大～这是因为重叠角的产生是由于换相期间变压器漏感储存电能引起的～ I X愈大～变压器储存的能量也愈大。当I X为常数时～α愈小则γ愈dTdT

大～α为0时γ最大。

变压器的漏抗与交流进线串联电抗的作用一样～能够限制短路电流且使电流变化比较缓和～对晶闸管上的电流变化率和电压变化率也有限制作用。但是由于漏抗的存在～在换相期间～相当于两相间短路～使电源相电压波形出现缺口～用示波器观察相电压波形时～在换流点上会出现毛刺～严重时将造成电网电压波形畸变～影响本身与其它用电设备的正常运行。

第五节可控整流电路的外特性

可控整流电路对直流负载来说是一个有内阻的电压可调的直流电源。考虑换相压降U、整流变压器电阻R,为变压器次级绕组每相电阻与初级绕组折算到γT

次级的每相电阻之和,及晶闸管压降ΔU后～直流输出电压为

umXd,,TU,Ucos,,n,U,IR，,Ucos,,n,U,IR,,ddodTdod1ucos,2d01,,,IRdI,1ucos,d02

,2ucos,d03

,,,,,1230Id

式中～U为α=0?时整流电路输出的电压,U=1.17U,～即空载电压,Rdodo2φI为整流电路内阻～ R =R，mX/2π,ΔU是一个晶闸管的正向导通压降～单位ITT

为V,三相半波时电流流经一个整流元件n=1～三相桥式时n=2。考虑变压器漏抗时的可控整流电路。外特性曲线如图2-24所示。图 2-24 考虑变压器漏抗时的可控整流电路外特性

由图可以看出～当控制角一定时～随着整流电流的逐渐增大～即电路所αId

带负载的增加～整流输出电压逐渐减小～这是由整流电路内阻所引起的。而当电路负载一定时～即整流输出电流不变～则随着控制角α的逐渐增大～输出整流电压也是逐渐减小的。

习题及思考题

1. 某一电阻性负载～需要直流电压120 V～电流30 A。今采用单相全控桥式整流电路～直接由220 V电网供电。试计算晶闸管的导通角、电流有效值。

2. 有一单相桥式全控整流电路～负载电阻R,10 Ω～直接由220 V电网供电～L

控制角α,60?。试计算整流电压的平均值、整流电流的平均值和电流的有效值。

3. 某电阻性负载的单相半控桥式整流电路～若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断～试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。

4. 整流变压器副边中间抽头的双半波可控整流电路如图1-20所示。 ,1,说明整流变压器有无直流磁化问题。

uR2du1u2

,2, 分别画出电阻性负载和大电感负载在α=60?时的输出电压U、电流I的dd波形～比较与单相全控桥式整流电路是否相同。若已知U=220 V～分别计算其2

。,3,画出电阻性负载=60?时晶闸管两端电压的波形～说输出直流电压值UαudV明该电路晶闸管承受的最大反向电压为多少。图 2-25 题4图

5. 三相半波可控整流电路电阻性负载～如在自然换流点之前加入窄触发脉冲～会出现什么现象,画出u的电压波形图。 d

6. 三相半波可控整流电路电阻性负载～如果V管无触发脉冲～试画出α=30?和2

α=60?两种情况的u波形～并画出α=30?时V两端电压u的波形。 d1V1

7. 三相半波可控整流电路大电感负载～画出α=90?时V管两端电压的波形。从1

波形上看晶闸管承受的最大正反向电压为多少,

8. 三相半波可控整流电路大电感负载～已知整流变压器副边相电压U=220 V～2φ整流电路的总电阻R=10 Ω～试分别计算无续流二极管和有续流二极管两种情况下～当α=45?时输出电压的平均值U和负载电流平均值I以及流过晶闸管和续dd

流二极管的电流平均值与有效值～并画出电压、电流波形图。

9. 在三相桥式可控整流电路中～为什么三相电压的六个交点就是六个桥臂主元件的自然换流点,并说明各交点所对应的换流元件。

范文二：三相半波整流桥电路图

必须要知道三相半波整流桥电路图

电源产品都需要用到二极管整流桥产品，那么作为新入行的电源设计工程需要掌握什么技能呢,想必对于二极管整流桥的熟练运用一定是不可缺少的课题。

那么问题来了，二极管整流桥电路图怎么看呢,其实二极管整流桥就是通常意义上的整流桥，它的内部有由二极管芯片构成的集成电路，所以也常被称之为二极管整流桥，那么它的电路原理结构图如下所示。

上图所示，是输入电流为正向时，D1,D3工作，整流桥的输出波形，从它的输出波形图中可以看出，在这一方向时刻，整

流桥负半轴的电流通过整流桥后都变为正半轴，这是它正向的一个工作电路图，

下图所示，为反向时它的工作电路图

反向工作时，D2和D4工作，整流桥依然可以把负半轴的电流变为正半轴，右图当中是它的波形输出图，ASEMI这样讲解之后，对于三相半波整流桥电路图的理解您是不是更清晰了呢,

范文三：三相全桥整流滤波电路工作原理

课题：交流整流

一、基本原理

1、三相全桥整流滤波电路工作原理

三相全桥整流电路中，是对共阴极组和共阳极组同时进行控制的。为了分析方便，二极管的触发顺序是1-2-3-4-5-6，二极管是这样编号的：二极管D1和D4接a相，二极管D3和D6接b相，二极管D5和D2接c相。二极管D1、D3、D5组成共阴极组，而二极管D2、D4、D6组成共阳极组。

为了方便，把一个周期等分6段，如图

在第（1）段期间，a相电压最高，共阴极二极管D1被触发导通，b相位最低，所以共阳极组D6被触发导通。这时电流由a相经D1流出，经D6流入b相。变压器啊a,b两相工作，共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。整流电压为 Ud = Ua - Ub = Uab

经过60°后进入第（2）段时期。这时a相电位仍然最高，二极管D1继续导通，但是c相位却变成最低，这时D2被触发导通，电流即从b相换到c相，D6承受反向电压而关断，这时电流由a相经D1流出，由D2流回电源c相。变压器a、c两相工作。这时a相电流为正，c相电流为负。整流后的电压为

Ud = Ua - Uc = Uac

再经过60°，进入第（3）段时期。这时b相电压最高，触发导通二极管D3，电流即从a相换到b相，c相二极管D2因电位仍然最低而继续导通，此时变压器b、c两相工作。整流电压为

Ud = Ub - Uc = Ubc

范文四：三相桥式全控整流电路原理

电路的构成及工作特点三相桥式全控整流电路原理图如图1所示。三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的，它由三相半波共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共阳极接法(VT1，VT6，VT2)的串联组合。

Ud一周期内的波形是6个线电压的包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为6脉动整流电路。同理，三相半波整流电路称为3脉动整流电路。α>0时，Ud的波形出现缺口，随着α角的增大，缺口增大，输出电压平均值降低。当α=2π,3时，输出电压为零，所以电阻性负载时，α的移相范围是O,2π,3;当O?α?π,3时，电流连续，每个晶闸管导通2π,3;当π,3?α?2π,3时，电流断续，个晶闸管导通小于2π,3。23α=π,3是电阻性负载电流连续和断续的分界点。

2 建模及仿真 2(1 建模根据三相桥式全控整流电路的原理可以利用Simulink内的模块建立仿真模型如图2所示，设置三个交流电压源Va，Vb，Vc相位角依次相差120?，得到整流桥的三相电源。用6个Thyristor构成整流桥，实现交流电压到直流电压的转换。6个pulse generator产生整流桥的触发脉冲，且从上到下分别给1,6号晶闸管触发脉冲。

范文五：三相桥式半控整流电路原理

整流电路

桥式整流电路的工作原理如下:e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通;对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz 、D3通电回路，在Rfz ，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通;对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz 、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。

如此重复下去，结果在Rfz ，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。

TR为三相整流变压器，其接线组别采用Y/Y-12。VT1~VT6为晶闸管元件，FU1~FU6为快速熔断器。TS为三相同步变压器，其接线组别采用?/Y-11。P端为集成化六脉冲触发电路+24V电源输出端，接脉冲变压器一次绕组连接公共端。P1~P6端为集成化六脉冲触发电路功放管V1~V6集电极输出端，分别接脉冲变压器一次绕组的另一端。UC端为移相控制电压输入端。

三相桥式半控整流电路与三相桥式全控整流电路基本相同，仅将共阳极组VT4，VT6，VT2的晶闸管元件换成了VD4，VD6，VD2整流二极管，以构成三相桥式半控整流电路。

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