三相半波可控整流电路
三相半波可控整流电路性负载阻
1.三相半波可控整流电路（电阻性负载）1.1三相半波可控整流电路（电阻性负载）电路结构为了得到零线变压器二次侧接成星形得到零线，为了给三次谐波电流提供通路，减少高次谐波的影响，变压器一次绕组接成三角形，为△/Y接法。
三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起为共阴极接法。
如图1.du R1VT3VTd i2VTr T图1.三相半波可控整流电路原理图（电阻性负载）1.2三相半波可控整流电路工作原理（电阻性负载）1)在ωt1-ωt2区间，有Uu＞Uv，Uu＞Uw，U相电压最高，VT1承受正向电压，在ωt1时刻触发VT1导通，导通角θ=120°，输出电压Ud=Uu。
其他两个晶闸管承受反向电压而不能导通。
VT1通过的电流It1与变压器二次侧u相电流波形相同，大小相等，可在负载电阻R两端测试。
2)在ωt2-ωt3区间，有Uv＞Uu，V相电压最高，VT2承受正向电压，在ωt2时刻触发VT2导通，Ud=Uv。
VT1两端电压Ut1=Uu-Uv=Uuv＜0，晶闸管VT1承受反向电压关断。
3）在ωt3-ωt4区间，有Uw＞Uv，W相电压最高，VT3承受正向电压，在ωt3时刻触发VT3导通，Ud=Uw。
VT2两端电压Ut2=Uv-Uw=Uvw＜0，晶闸管VT2承受反向电压关断。
在VT3导通期间VT1两端电压Ut1=Uu-Uw=Uuw＜0。
这样在一个周期内，VT1只导通120°，在其余240°时间承受反向电压而处于关断状态。
1.3三相半波可控整流电路仿真模型（电阻性负载）根据原理图用matalb软件画出正确的三相半波可控整流电路（电阻性负载）仿真电路图如图2所示：图2.三相半波可控整流电路仿真模型（电阻性负载）脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟分别为（α+30）/360*0.02，（α+120+30）/360*0.02，（α+240+30）/360*0.02。
三相半波可控整流电路
06
结论与展望
三相半波可控整流电路的优势与局限性
要点一
高效节能
要点二
输出波形质量高
三相半波可控整流电路具有较高的效率，能够减少能源浪 费。
该电路输出的电压波形较为平滑，减少了谐波干扰。
变压器还需要具有一定的电气隔离作用，以保 证整流电路的安全运行。
03
工作过程
触发脉冲的产生与控制
触发脉冲的产生
三相半波可控整流电路的触发脉冲通 常由专门的触发电路产生，该电路根 据所需的整流波形和控制要求，产生 相应的触发脉冲信号。
触发脉冲的控制
触发脉冲的宽度和相位可以通过调节 控制信号来改变，从而实现整流输出 电压和电流的控制。
THANKS
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技术发展趋势与未来展望
数字化控制
随着数字技术的发展，未来三相半波可控整 流电路将更多地采用数字化控制方式，提高 控制精度和稳定性。
智能触发技术
智能触发技术能够提高整流电路的运行效率 和稳定性，减少对电网的干扰，是未来的重 要发展方向。
技术发展趋势与未来展望
• 多相整流技术：多相整流技术能够提高整流电路 的容量和稳定性，减少对电网的谐波干扰，是未 来的研究热点之一。
3
触发电路的性能直接影响整流电路的输出性能和 稳定性，因此需要保证触发脉冲的相位准确、稳 定。
变压器
变压器是三相半波可控整流电路中的重要组成 部分，主要用于实现电气隔离和电压变换。
在整流电路中，变压器通常采用三相变压器， 将输入的三相交流电变换为合适幅值的单相交 流电，以满足晶闸管和整流电路的需要。
三相半波可控整流电路
t
换相点开始计算，所以为 150。
6) 数量关系
整流输出电压平均值的计算
α ≤30时，负载电流连续，有：
p p U d2 1p 5 6 p 6
2 U 2sitnd (t)3 26U 2co s 1 .1U 7 2cos
3
当α =0时，Ud最大，为 UdUd01.1U 72 。
α >30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：
（如α =ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0时的波形如图所
示）
❖ua 过 零 时 ， VT1 不 关 断 ， 直到VT2的脉冲到来，才 换流，由VT2导通向负载 供电，同时向VT1施加反 压使其关断——ud波形中 出现负的部分。
电感性负载时， α的移相范围为90
原因是由于当α≥90时，Ud的波形正负对称，平均值为0， 失去意义。所以α的移相范围为90。
R
2)负载电压
一周期中，在ωt1~ ω t2期间，VT1导通，ud=ua 在ω t2~ ω t3期间， VT2导通，ud=ub 在ω t3~ ω t4期间，VT3导通，ud=uc
3)晶闸管的电压波形，由3段组 成：
第1段，VT1导通期间，uT1=0; 第2段，在VT1关断后，VT2导 通期间，uT1=ua-ub=uab，为一 段线电压;
2、到α≤30°，输出电压连续，导通角θ=120°； 当30° ＜α≤150°时，输出电压呈现断续，每个晶 闸管导通角为θ= 150°- α＜120°
3、控制角移相范围为0°~150°
2. 三相半波可控整流电路电感性负载
1) 特点：电感性负载，L值很大，id波形基本平直 ➢ α ≤30时：整流电压波形与电阻负载时相同 ➢ α >30时：ud波形中出现负的部分。 2) 电感性负载时， α的移相范围为90
三相半波可控整流电路
uαb
uαc
图3-13 三相半波可控整流电路共 阴极接法电阻负载时的电路及 α =0时的波形
（2）α =30时，波形如下图所示
u2 =30u°a
ub
uc
O
wt
uG
O ud
wt
O iVT1
wt1
wt
O uVT1 uac
wt
O
wt
uab
uac
α ≤30时的波形：负载电流连续，晶闸管导通角等于120 。 （α ＝30时负载电流连续和断续之间的临界状态）
.
（3）α =60时，波形如下图所示
u2 =60u°a ub
uc
O uG uOd
O iVT1
O
α >30的情况：负
wt
载电流断续，晶闸管 导通角小于120 。
wt
wt α 移相范围： 0
~150
wt
.
3.3 三相半波可控整流电路
3. 各电量计算
（1）0 ≤ α ≤30时，负载电流连续，有：
3.3 三相半波可控整流电路
一、 电阻性负载
1.电路的特点：
•变压器二次侧接成星形， 而一次侧接成三角形。
•三个晶闸管分别接入α 、
b、c三相电源，其阴极
连接在一起——共阴极 接法 。
三角形
ud
N
id
星形
.
3.3
三相半波可控整流电路 自然换相点
u
（ α =0）
uα ub uc
ud
N
id
0 wt1 wt2 wt3 wt4
.
3.3 三相半波可控整流电路
3. 大电感负载接续流二极管
为了扩大移相范围并使负载电流id 平
三相半波共阳极可控整流电路
1.三相半波共阳极可控整流电路三相半波可控整流电路还可以把晶闸管的三个阳极接在一起，而三个阴极分别接到三相交流电源，形成共阳极的三相半波可控整流电路，其带电感性负载的电路如图1（a）所示。
由于三个阳极是接在一起的，即是等电位的，所以对于螺栓式的晶闸管来说，可以将晶闸管的阳极固定在同一块大散热器上，散热效果好安装方便。
但是，此电路的触发电路不能再像共阴极电路的触发电路那样，引出公共的一条接阴极的线，而且输出脉冲变压器二次侧绕组也不能有公共线，这就给调试和使用带来了不便。
图1.三相半波共阳极可控整流电路（a）电路图（b）a=30°时波形图共阳极的三相半波可控整流电路的工作原理与共阴极的一致，也是要晶闸管承受正向电压即其阳极电位高于阴极电位时，才可能导通。
所以，共阳极的三只晶闸管VT2、VT4和VT6哪一只导通，要看哪一只的阴极电位低，触发脉冲应在三相交流电源相应相电压的负半周加上，而且三个管子的自然换相点在电源两相邻相电压负半周的交点，即图1（b）中的2、4、6点，故2、4、6的位置分别是与w相、u相、v相相连的晶闸管VT2、VT4和VT6的角的起始点。
从图8.21（b）中可以看出，当时，输出全部在电源负半周。
例如，在时刻触发晶闸管VT2，因其阴极电位最低，满足其导通的条件，故可以被触发导通，此时在负载上得到的输出电压为。
至时，给VT4加触发脉冲，由于此时u相电压更负，故VT2会让位给VT4，而VT4的导通会立即使VT2承受反向的线电压而关断。
同理，在时刻又会换相给v相的晶闸管VT6。
由图1（a）可见，共阳极接法时的整流输出电压波形形状与共阴极时一样的，只是输出电压的极性相反。
从上面的讨论的三相半波电路中可以看出，不论是共阴极还是共阳极接法的电路，都只用了三只晶闸管，所以接线都较简单，但其变压器绕组利用率较低，每相的二次侧绕组一周期最多工作，而且绕组中的电流（波形与相连的晶闸管的电流波形一样）还是单方向的，因此也会存在铁心的直流磁化现象；还有晶闸管承受的反向峰值电压较高（与三相桥式电路相比）；另外，因电路中负载电流要经过电网零线，也会引起额外的损耗。
三相半波可控整流电路
三相半波可控整流电路1. 电阻负载(1) 工作原理三相半波可控整流电路如图1 a) 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次谐波电流流人电网。
三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，它们的阴极连接在一起，称为共阴极接法，这种接法触发电路有公共端，连线方便。
假设将电路中的晶闸管换作二极管，并用VD表示，该电路就成为三相半波不可控整流电路，以下首先分析其工作情况。
此时，三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压，波形如图1 d) 所示。
在一个周期中，器件工作情况如下：在ωt～ωt期21uu；在ωt～ωt期间，b 相电压最高，VD导通，= 相电压最高，间，αa3d12uuuu。
此后，导通，= 期间，c 相电压最高，VDVD导通，= ～ωt；在ωt cdb4323d在下一周期相当于ωt的位置即ωt时刻，VD又导通，重复前一周期的工作情114u o波形为三个120。
VD况。
如此，一周期中VD、VD、轮流导通，每管各导通d213相电压在正半周期的包络线。
在相电压的交点ωt、ωt、ωt处，均出现了二极管换相，即电312流由一个二极管向另一个二极管转移，称这些交点为自然换相点。
对三相半波可控整流电路而言，自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为o，要改变触发角只能是在此基础上α=0的起点，即α计算各晶闸管触发角则电若在自然换相点处触发相应的晶闸管导通，增大，即沿时间坐标轴向右移。
．路的工作情况与以上分析的二极管整流工作情况一样。
由单相可控整流电路可u 的过零点。
知，各种单相可控整流电路的自然换相点是变压器二次电压2o时，变压器二次侧 a 相绕组和晶闸管VT1的电流波形如当α = 0o，可见变压器二次所示，另两相电流波形形状相同，相位依次滞后120图1 e) 绕组电流有直流分量。
图1 f) 是VT两端的电压波形，由3段组成：第1段, VT导通期11uu= 导通期间，,，VT第2段，在VT关断后间，为一管压降，可近似为=0；VT1VT121uuuuuu u= 段，在VT导通期间，－－ = = ,为一段线电压；第3acaabbac VT13为另一段线电压。
三相半波可控整流电路实验结论与讨论
三相半波可控整流电路实验结论与讨论引言三相半波可控整流电路是一种常见的电力电子器件，在工业和家庭电力供应中得到广泛应用。
本实验旨在探究三相半波可控整流电路的工作原理、特性以及影响因素，通过实验数据和结论，深入理解该电路的性能与应用。
实验设备与原理1. 实验设备•直流电源：提供实验中所需的直流电流•可调三相交流电源：模拟三相电源信号•三相半波可控整流电路实验箱：包含可控硅、电阻等元件•示波器：用于测量电压、电流等波形信号2. 实验原理三相半波可控整流电路由三个可控硅、负载电阻和电感组成。
可控硅是一种电子开关元件，可以通过控制信号来控制导通和截止状态。
当可控硅导通时，电流从三相电源经过可控硅和负载电阻，形成电路负载；当可控硅截止时，电流无法通过。
在正负半周的不同时间段，可控硅的工作状态也有所不同。
在三相半波可控整流电路中，可分为以下几个工作状态： - 三相整流状态：三个可控硅均处于导通状态，电流可从三相电源经过。
- 两相整流状态：两个可控硅导通，一个可控硅截止，电流经过两个相。
- 单相整流状态：一个可控硅导通，两个可控硅截止，电流经过单个相。
- 关断状态：三个可控硅均截止，电流无法通过。
实验过程与数据结果1. 实验过程1.搭建三相半波可控整流电路实验箱，接入可调三相交流电源和直流电源。
2.设置可调三相交流电源的频率和幅值，使得电源输出符合实验要求。
3.使用示波器测量负载电阻两端的电压波形，并记录数据。
4.变化可调三相交流电源的频率和幅值，重复步骤3，获取不同工作状态下的数据。
2. 数据结果在实际的实验中，我们记录了不同时间段下负载电阻两端的电压波形，并计算了电流的平均值与峰值。
以下是实验数据的一部分统计结果：三相整流状态•电流平均值：X•电流峰值：X两相整流状态•电流平均值：X•电流峰值：X单相整流状态•电流平均值：X•电流峰值：X关断状态•电流平均值：X•电流峰值：X结论分析1. 三相半波可控整流电路的优点与应用三相半波可控整流电路具有以下优点和应用： - 适用于大功率电力系统，具有较高的能效和电压稳定性。
三相可控整流电路
α ≤60时（α =0 如图12所示；α =30 如图13所示）
• ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。
主要 • 区别在于： 包括 id的波形可近似为一条水平线。
α >60时（ α =90如图14所示）
• 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。
电阻负载时，ud波形不会出现负面积
ud1
= 90°
ub
uc
ua
O ud2 ud
wt1
uab Ⅰ uac Ⅱ ubc Ⅲ uba Ⅳ uca Ⅴ ucb Ⅵ uab
wt
uac
O
wt
uVT
1
uac
uac
O uab
wt
图14 三相桥式整流电路 带阻感负载，α =90时的 波形
二、三相桥式全控整流电路3定量分析 当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载α ≤60时）的平均值为：
1 IT Id 3
I dT
1 Id 3
U TM 6U 2
一、三相半波可控整流电路
3. 大电感负载接续流二极管
为了扩大移相范围并使负载电流 id 平稳，可在电感负载两端并接续流 二极管，由于续流管的作用， ud 波 形已不出现负值，与电阻性负载 ud 波形相同。
接入VD
图7 三相半波可控整流电路，阻感负载(接 续流管)时的波形
- 可采用两种方法：单宽脉冲触发、双窄脉冲触发
（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同， 晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
三、数字式脉冲移相触发器
1 数字式移相触发电路的工作原理框图
2 触发脉冲与主电路电压的同步
利用专用芯片进行直接数字控制已较普遍采用， 其控制灵活便于实现生产过程的自动化。
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有负面积
图2-3 电感负载,不接续 流管时的电压电流波形图
一、单相半波可控整流电路
❖ 数量关系
直流输出电压平均值Ud为
U d21 p q 2U2siw nt d (wt)
从Ud的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由
持电流而关断，负载电流为零。
在电源电压负半周，uα K＜0，晶闸管承受反向电压而处于
关断状态，负载电流为零，负载上没有输出电压，直到电
源电压u2的下一周期，直流输出电压ud和负载电流id的波形
相位相同。
通过改变触发角α的大小，直流输出电压ud的波形发生变化， 负载上的输出电压平均值发生变化，显然α=180º时，Ud=0。 由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压ud为极
(2) RUd 502.5Ω Id 20
当α=90º时，输出电流有效值
IUU 2 1si2 n π44A .4
R R 4π
2π(Leabharlann )cosPU2IU4.445 20 00.5
S U2I2 U2 220
(4) 晶闸管电流有效值IT 与输出电流有效值相等，即：
IT I
则 IT(AV )(1.5~2)1.I5T7
项目二 可控整流器
➢ 整流电路：
▪ 是出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
➢ 整流电路的分类：
▪ 按组成的器件可分为不可控、半控、三种 ▪ 按电路结构可分为桥式电路和零式（半波）电路 ▪ 按交流输入相数分为和多相电路 ▪ 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为和
项目二 可控整流器
课题一 课题二 课题三 课题四
输出电流平均值Id :
Id U d 0.45 U 2 1 cos
R
R
2
一、单相半波可控整流电路
(2) 输出电压有效值U与输出电流有效值I
直流输出电压有效值U :
p ww U 2 1 π 2 U 2 sit2 n d t U 24 1 π s2 in π 2 π
输出电流有效值I :
载，电源电压U2为220V，要求的直流输出电压为
50 V，直流输出平均电流为20α 。 试计算： (1) 晶闸管的控制角； (2) 输出电流有效值； (3) 电路功率因数； (4) 晶闸管的额定电压和额定电流。
解 : (1) co s2U d 1 25010
0.4U 5 d 0.4 5 220
则α=90º
e)
0
q
uVT
f) 0
2p
wt
wt +
wt
wt
wt
图2-2 带阻感负载的 单相半波电路及其波形
一、单相半波可控整流电路
1. 无续流二极管时 ❖ 工作原理
▪ 0~α：uα K大于零，但门极没有触发信号，晶闸管处于正向关断状态，输出电压、 电流都等于零。
▪ 在ωt=α时，门极有触发信号，晶闸管被触发导通，负载电压ud= u2。 ▪ 当ωt=π时，交流电压u2过零，由于有电感电势的存在，晶闸管的电压uα K仍大于零，
u
2
b)
0
wt 1
p
2p
wt
u
g
c)
0
wt
u
d
d)
0
q
wt
u
VT
e)
0
wt
图2-1 单相半波可控整流电路 （电阻性负载）及波形
一、单相半波可控整流电路
1.工作原理分析
在电源电压正半周，晶闸管承受正向电压，在ωt=α处触发
晶闸管，晶闸管开始导通；负载上的电压等于变压器输出
电压u2。在ωt=π时刻，电源电压过零，晶闸管电流小于维
性不变但瞬时值变化的脉动直流，故称“半波”整流。
一、单相半波可控整流电路
首先，引入两个重要的基本概念：
• 触发角α ：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加 发脉冲止的电角度,用α表示,也称触发角或控制角。 • 导通角θ ：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度 称为导通角，用θ表示 。
在单相半波可控整流电阻性负载电路中,
单相可控整流电路 三相可控整流电路 变压器漏抗对整流电路的影响 晶闸管的触发电路
课题一、单相可控整流电路
T
一、单相半波可控整流电路
α)
u
1
u
2
VT
i
u
d
VT
u
d
R
(一)电阻性负载
电炉、电焊机及白炽灯等均 属于电阻性负载 变压器T起变换电压和电气 隔离的作用。 电阻负载的特点：电压与电 流成正比，两者波形相同。
▪ 移相角α的控制范围为:0～π， ▪ 对应的导通角θ的可变范围是π～0， ▪ 两者关系为 α＋θ=π。
一、单相半波可控整流电路
2. 基本数量关系
(1) 直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id 直流输出电压平均值Ud :
ww U d 2 1 π p2 U 2 sitd n t2 π U 2 1 c 2o 0 .s 4 U 2 5 1 c 2o
的比值
co sPU2I
1si2 n π
S U 2I2 4π
2π
式中 P—变压器二次侧有功功率，P=UI=I2R S—变压器二次侧视在功率，S=U2I2
(5) 晶闸管承受的最大正反向电压UTM 晶闸管承受的最大正反向电压Um是相电压峰值。
UTM 2U2
一、单相半波可控整流电路
〖例4-1〗 如图所示单相半波可控整流器，电阻性负
IUU2 1si2nπ
R R 4π
2π
一、单相半波可控整流电路
(3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值 单相半波可控整流电路中，负载、晶闸管和变
压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即：
IITI2U R 2
1si2 n π
4π
2π
一、单相半波可控整流电路
(4) 功率因数cosφ
整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率
一、单相半波可控整流电路
二、电感性负载 ➢ 电感性负载通常是电机的励
磁线圈、继电器线圈及其他 含有电抗器的负载。
➢ 电感性负载的特点：感生电 动势总是阻碍电感中流过的 电流使得流过电感的电流不 发生突变。
VT T
a) u1
uVT u2
id
L ud
R
u2
b)
0
w t1
p
ug
c) 0
ud
+
d) 0 id
取2倍安全裕量，晶闸管的额定电流为：
IT(A V5) .6A(取系1列 00值 A)
（5）晶闸管承受的最高电压：
U m2 U 2222 3 01 V1 考虑(2~3)倍安全裕量，晶闸管的额定电压为
U T N ( 2 ~ 3 ) U m ( 2 ~ 3 ) 3 1 6~ 1 2 9V 2 33
选取晶闸管型号为 KP100-7F晶闸管。