三相桥式全控整流电路

2.5整流电路的谐波(harmonics)和功率 因数
1、 许多电力电子装置要消耗无功功率(reactive)，会 对公用电网带来不利影响： 1)无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设 备容量增加。 2)无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线 路的损耗增加。
3)使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈 波动。
三相桥式全控整流电路
• 结构：
——由两个（一个为共阴极，
一个为共阳极）三相半波整
流电路组成。 • 优点： ——变压器绕组无直流磁势； ——变压器绕组正负半周都工 作，效率高。
2.2.2三相桥式全控整流电路
目前在各种整流电路中， 应用最为广泛的是三相桥式 全控整流电路，其原理如图， 习惯将其中阴极连接在一起 的3个晶闸管(VTl、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。按此编号，晶闸管 的导通顺序为VT1—VT2— VT3一VT4一VT5一VT6。
图2-17 三相桥式 全控整流电路原理图
共阳极组——阳 极连接在一起的 3个晶闸管（VT4， VT6，VT2）
三相桥式全控整流电路的触发要求
• 本组内SCR每隔 120换流一次；
共阴极与共阳极组的换流点相隔 60 。
• SCR的导通顺序：
(6-1) (1-2) (2-3) (3-4) (4-5) (56)
U d 2.34U 2 cos 2.34 100 cos 30 202.64V
Id
I VT
Ud 40.5 A R
3 I d 23.4 A 3
2 I d 33.05A 3
I2
三相桥式全控整流电路小结
• 结构特点：
——由两个（一个为共阴极，一个为共阳极）三相半波
ud +


2
t
VD4

b)
a)
图2-26 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形
2.4.1
电容滤波的单相不可控整流电 路分析
基本工作过程： 在u2正半周过零点至 t=0期间，因u2<ud，故二极 管均不导通，电容C向R放电，提供负载所需电流 至 t=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通， ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载R供电 详细分析 u2 2U 2 sin(t )
RC已知时，即可由式（2-41）和式（2-42）求出 ， 。显然 和 仅由乘积RC决定。
电容滤波的单相不可控整流 电路 主要的数量关系（图2-26）
1）输出电压平均值 整流电压平均值Ud 可根据前述波形及有关计算公式 推导得出，但推导繁琐。空载时， 。重 Ud 2U2 载时，U 逐渐趋近于0.9U ，即趋近于接近电阻负载
整流电路组成。 • ——本组内SCR每隔 120换流一次；共阴极与共阳极组 的换流点相隔 60 。SCR的导通顺序：(6-1) (1-2)
(2-3) (3-4) (4-5) (5-6)
• 优点：
——变压器绕组无直流磁势； ——变压器绕组正负半周都工作，效率高。
2.3变压器漏感对整流电路的影响
3)当 90 时,α 越小则 越大.
漏感对整流电路的影响为: （续）
1)出现换相重叠角 ,整流输出电压平均值U d 降低. 2)整流电路的工作状态增多. 总的来说,变压器漏感的作用 •利： –限制短路电流，使电流变化相对缓和，对 di/dt 和 du/dt 值的限制有利。 •弊：
–使电网波形畸变，加大干扰；
2U 2 sin(t ) R （2-41）
iC 2CU2 cos(t )
于是
id iC iR 2CU 2 cos(t )
电容滤波的单相不可控整流电路（求出 和 ）
• 设VD1和VD4的导通角为，则当 t = 时，VD1和VD4 关断。将id ( ) = 0代入式（2-41），得： tan( ) RC （2-42） • 二极管导通后u2开始向C充电时的ud与二极管关断 后C放电结束时的ud相等，有： （2-43） 2U 2 sin( ) e RC 2U 2 sin
2、电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危 害，包括：
1)谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低效率，大
量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。
2)谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐 波放大。 3)谐波会导致继电保护和自动装臵的误动作，并使电气测量 仪表计量不准确。 4)谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、 噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备 过热、使绝缘老化、寿命缩短以至损坏。 5)谐波会对邻近的通信系统产生干扰。
实际上变压器绕组总有漏感，该漏感可用一个集中的电感 LB表示，并将其折算到变压器二次侧,因此换相过程不能瞬间完 成，而是会持续一段时间。 以三相半波为例分析 考虑变压器漏感时的换相 过程.换相过程持续的时间 用电角度 表示，称为换 相重叠角. 随其他参数变 化的规律: 1)Id越大则越大。 2)XB越大则越大。
• 自然换相点为相电压（或线电压）的交 点。 • 必须使用双窄脉冲或宽脉冲（见下页）。
三相桥式全控整流的触发要求（续）
（a）变压器副边
三相电压波形
（b）宽脉冲触发
（c）双窄脉冲触发
1.带电阻负载
时，各晶闸 管均在自然换相点处换 相，各自然换相点既是 相电压的交点，同时也 是线电压的交点。 输出整流电压ud为 这两个相电压相减，是 线电压中最大的一个， 因此输出整流电压ud波 形为线电压在正半周期 的包络线。
d 2
2.4.1
时的特性。
通常在设计时根据负载的情况选择电容C值， RC (3 ~ 5)T / 2 T为交流电源的周期，此时输出电压为：
Ud≈1.2 U2
2.4.1
电容滤波的单相不可控整流 电路
2）电流平均值 输出电流平均值IR为：
IR = Ud /R Id =IR 二极管电流iD平均值为： ID = Id / 2=IR/ 2 ）
α=60º
60
当 时， 若电感L值足够 大，ud中正负面 积将基本相等， ud平均值近似为 零。
α=90º
90
正的部 分
负的部分
角移相范围为90。
3.定量分析：
1）整流输出电压的平均值：
电阻负载且
60 ,U d 2.34 2 [1 cos( U


3
)]
源自文库
O b)
t
图2-30 电容滤波的三相桥式不可控整流电 路及其波形
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2.4.2 电容滤波的三相不可控整流电路
临界条件:
ia O id O a)
RC 3
ia
t O
id
t
t O
b)
t
时的电流波形 3
图2-31 电容滤波的三相桥式整流电路当 RC等于和小于 b） RC< a） RC= 3
管承受最大正、反向电压的关系也相同。
续：
当 0 时，晶闸管从 自然换相点向后移角开 始换相。

30 如
时，晶闸管导 通顺序不变，相位后移 30°，电压波形由三段组 成。 60 波形如图
90 波形如图
U FM 6U 2 2
U RM 6U 2

移相范围120
2.阻感负载(L很 大)
当 60 时， ud波形连续，电路的工 作情况与带电阻负载时 十分相似，区别在于负 载不同时，同样的整流 输出电压加到负载上， 得到的负载电流id波形 不同。当电感足够大的 时候，负载电流的波形 可近似为一条水平线。

α=0º
α=30º
续
当 时，由 于电感L的作用，电 源电压过零后，晶 闸管仍然导通，直 到下一个晶闸管触 发导通为止。这样， 输出电压波形出现 负的部分。
–使功率因数降低。
常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普及 的微机、电视机等家电产品的开关电源中。 放电 1. 工作原理及波形分析 充电
id VD1 i2 u1 u2 VD2 VD3 i,ud iC iR C R 0 i ud
2.4电容滤波的不可控整流电路 2.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路 （１）
60 阻感负载或电阻负载
Ud 1
时，

3

2 3 3
6U 2 sintd (t ) 2.34U 2 cos
2）阻感负载时，变压器二次侧电流有效值：
1 2 2 2 2 2 2 I2 ( I d ( I d ) ) I d 0.816I d 2 3 3 3
0
三相桥式全控整流电路的特点(1)
（1）2管同时通形成供电回路，其中 共阴极组和共阳极组各1，且不
能为同一相器件。
（2）对触发脉冲的要求：
按 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 的 顺 序 ， 相 位 依 次 差
60。
共阴极组VT1 、VT3 、VT5 的脉冲依次差120，共阳
电容滤波的三相不可控整流电路
2. 主要数量关系
1）输出电压平均值 Ud在（2.34U2 ~2.45U2）之间变化 2）电流平均值 输出电流平均值IR为： IR = Ud /R Id=IR （2-51） （2-52） （2-53）
二极管电流平均值为Id的1/3，即：
ID = Id / 3=IR/ 3 3）二极管承受的电压 二极管承受的最大反向电压为线 6U2 电压的峰值，为 。
感容滤波的三相不可控整流电路
有电感时，电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的 正常工作。
ia VD1VD3VD5 T ia a b c VD4VD6VD2 a) c) id O R b)
t
iC iR ud+ C
ia O
t
• 图2-32 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形 a）电路原理图 b）轻载时的交流侧电流波形 c）重载时的交流侧电流波形
3）晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。
补充例2.5:
• 三相桥式全控整流电路，阻感负载。已知： U2 = 100V，R =5，L的值极大。当 =30º 时，计算输出Ud，Id，IVT，I2的值。 并画出相电压ud1和ud2，管压uVT1和输出电 压ud以及电流id，ia的波形。
解:计算相应的数值如下：
2U 2
（2-47） （2-48） （2-49
3）二极管承受的电压
2.4.1
电容滤波的单相不可控整流电路（２）
感容滤波的二极管整流电路
实际应用为抑制电流冲击，在直流侧串入小电感， 但分析复杂。 ud波形更平直，电流i2的上升段平缓了许多，这对 于电路的工作是有利的
id VD1 i2 u1 u2 VD2 L + uL VD3 iC + ud VD4 i2,u2,ud iR R C
ud (0) 2U 2 sin 1 t ud (0) C iC d t u 2 0
（2-37） （2-38）
式中，ud(0)为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值。
电容滤波的单相不可控整流电路（求出 和 ）
将u2代入并求解得： 而负载电流为：
iR u2 R 2U 2 sin(t ) R
共阴极组
图2-17 三相桥式 全控整流电路原理图
共阳极 组
2.2.2
三相桥式全控整流电路(2)
导通顺序：
VT1－VT2
三相桥是应用最为广泛的整流电路
共 阴 极 组 —— 阴 极连接在一起的 3个晶闸管（VT1 ， VT3，VT5）
－VT3－ VT4
－VT5－VT6
一次 侧为 三角 形联 结
二次侧为 星形联结
极组VT4、VT6、VT2也依次差120。
同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，
VT 与VT ，脉冲相差180。
三相桥式全控整流电路的特点(2)
（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该 电路为6脉波整流电路。 （4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲 可采用两种方法：一种是宽脉冲触发 一种是双脉冲触发（常用） (5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸
ud的波形 更平直
u2 i2 ud

0


t
a)
i2的上升 平缓
b)
２.４.2 电容滤波的三相不可控整流 电路
1. 基本原理
ud u ab u uac d VD1 VD3 VD5 id T ia a b c iC ud + iR C R id ia 3
0
t
VD4 VD6 VD2 a)