三相桥式整流电路

1 原理及方案1.1原理三相桥式全控整流电路系统通过变压器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管主电路得到一个合适的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行。

变流主电路和电网之间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。

保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护。

采用锯齿波同步KJ004集成触发电路，利用一个同步变压器对触发电路定相，保证触发电路和主电路频率一致，触发晶闸管，使三相全控桥将交流整流成直流，带动直流电动机运转。

1.2方案设计整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它将交流电变为直流电，应用广泛。

当整流负载容量较大，或要求直流电压脉冲较小时，应采用三相整流电路，其交流测由三相电源供电。

三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。

本设计要求整流电路带直流电机负载，希望获得的直流电压脉冲较小，所以用三相全波整流比较合理。

三相桥式全控和三相桥式半控是常见的三相桥式可控全波整流电路。

三相半控桥式整流电路适用于中等容量的整流装置或不要求可逆的电力拖动中，它采用共阴极的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，电路兼有可控与不可控两者的特性。

共阳极组的三个整流二极管总是在自然换流点换流，使电流换到阴极点为更低的一相中去。

该电路在使用中需加设续流二极管，以避免可能发生的失控现象，所以电路不具备逆变能力。

虽然三相半控电路相应触发电路较简单，但只能用于整流不能用于逆变，现在很少使用。

本设计选择使用三相桥式全控整流电路。

整流电路的输入部分是变压器，作用是降低或减少晶闸管变流装置对电网和其它用电设备的干扰，将整流电路与电网隔离，并将电网电压值转变为整流所需输入值。

整流部分是六个晶闸管，是由共阴极的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成。

为使整流电路能正常工作，除了要给晶闸管配设可靠的触发电路外，还要有保护电路，以防止各种原因产生的过电压和过电流影响或损坏晶闸管。

另外，在使用晶闸管整流装置供电时，其供电电压和电流中，含有各种谐波成份。

当控制角 增大，负载电流减小到一定程度时，还会产生电流断续现象，造成对变流器特性的不利影响。

当负载为直流电动机时，由于电流断续和直流电动机的脉动，会使晶闸管导通角 减小，整流器等效内阻增大，电动机的机械特性变软，换相条件恶化，并且增加电动机的损耗。

因此，需要在直流电路内串接平波电抗器，以限制电流的脉动分量，维持电流连续。

结构框图如图1-1所示。

整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分。

框图中没有表明保护电路。

当接通电源时，三相桥式全控整流电路主电路通电，同时通过同步电路连接的集成触发电路也通电工作，形成触发脉冲，使主电路中晶闸管触发导通工作，经过整流后的直流电通给直流电动机，使之工作。

图1-1机构框图2 主电路的设计及器件选择实验参数设定负载为220V、305A的直流电机，采用三相整流电路，交流侧由三相电源供电，设计要求选用三相桥式全控整流电路供电，主电路采用三相全控桥。

2.1 三相全控桥的工作原理如图2-1所示，为三相桥式全控带阻感负载，根据要求要考虑电动机的电枢电感与电枢电阻，故为阻感负载。

习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管称为共阳极组。

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。

晶闸管的导通顺序为 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。

Y型接法。

变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网图2-1三相桥式全控整流电路带电动机（阻感）负载原理图2.1.1 三相全控桥的工作特点⑴ 2个晶闸管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1个，且不能为同1相器件。

⑵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， VT5与VT2，脉冲相差180。

⑶ 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。

⑷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。

2.1.2 阻感负载时的波形分析三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流电机传动），下面主要分析阻感负载时的情况，因为带反电动势阻感负载的情况，与带阻感负载的情况基本相同。

当α≤60度时，ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。

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，电阻负载时ud波形与id的波形形状一样。

而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，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。

图2-2和图2-3分别给出了三相桥式全控整流电路带阻感负载α=0度和α=30度的波形。

图2-2中除给出ud波形和id波形外，还给出了晶闸管VT1电流 iVT1 的波形，可与带电阻负载时的情况进行比较。

由波形图可见，在晶闸管VT1导通段，iVT1波形由负载电流 id 波形决定，和ud波形不同。

图2-3中除给出ud波形和 id 波形外，还给出了变压器二次侧a相电流 id 的波形，在此不做具体分析。

图2-2触发角为0度时的波形图图2-3 触发角为30时的波形图当α＞60度时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时ud 波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分。

图2-4给出了α=90度时的波形。

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。

这说明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的α角移相范围为90度。

图2-4 触发角为90时的波形图2.2 参数计算2.2.1 整流变压器的选择由系统要求可知，整流变压器一、二次线电压分别为380V 和220V ，由变压器为Y ∆-接法可知变压器二次侧相电压为：V VU 12732202≈= （公式1）变比为：0.312738021≈==U U K （公式2﹚ 变压器一次和二次侧的相电流计算公式为：KI K I d I 11= ﹙公式3﹚d I I K I 22= ﹙公式4﹚而在三相桥式全控中816.03221===I I K K ﹙公式5﹚A I d 305= ﹙公式6﹚所以变压器的容量分别如下：变压器次级容量为：2213I U S = ﹙公式7﹚变压器初级容量为：1123I U S = ﹙公式8﹚变压器容量为：221S S S += ﹙公式9﹚即： ()kW S 46989.920.3816.03053803305816.01273≈⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=变压器参数归纳如下：初级绕组三角形接法V U 3801=，A I 96.821=；次级绕组星形接法，V U 1272=，A I 88.2482=；容量选择为9.46989kW 。

2.2.2 晶闸管的选择合理选择整流晶闸管的主要参数是晶闸管的额定电压和额定电流。

选用时，额定电压要留有一定的安全裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2～3倍，即m )3~2(U U TN =(8) 其中，m U 为电路中晶闸管可能承受的电压峰值，对于三相全控整流电路： 2m 6U U =(9) 可得： )(2.955~8.6366)3~2()3~2(2m V U U U TN =⨯==(10)额定电流即通态平均电流，是按照正向电流造成的器件本身的通态损耗的发热效应来定义的。

因此在使用时应按照实际波形的电流与通态平均电流所造成的热效应相等，即有效值相等的原则来选取晶闸管的此项电流定额，并留有一定的裕量。

一般取其通态平均电流为按此原则所得计算结果的1.5～2倍。

由公式： 57.1)(VTAV T I I =(11) 式中VT I 为晶闸管的电流有效值。

对三相全控整流电路，流过晶闸管电流的有效值：当60α︒≤， 0.577VT d I I =(12) 当60α︒>， 2VT d I I παπ-=(13) 若60α︒>，则 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=)3(cos 12.342d απU U(14) 将d U =220V ，2U =170V 代入上式可得o46.1=α，与60α︒>相矛盾，故60α︒≤，此时：αcos 2.342d U U =(15) 再次代入d U 和2U ，可得o43.7=α。

所以可得各晶闸管电流有效值：2.2.3 平波电抗器的参数计算对于直流电动机负载的可控整流电路，为了使晶闸管整流供电的直流电动机即使在最轻负载下(dmin d I I =)，也能工作在电流连续段机械特性的直线上，要求电枢回路的临界电感量为 dmin2693.0I U L =(17) 其中，min d I 为最小负载时对应的最小电流，一般取电动机额定电流的5％～6％，则有：min (5%~10%)(0.05~0.1)30815.4~30.8d nom I I A A ==⨯= (18)将其代入式(17)，可算得平波电抗器电感 5.72~2.86。

L mH mH3触发电路设计3.1 触发电路的作用及要求晶闸管触发电路的形式很多，常用的有阻容移相桥触发电路、单结晶体管触发电路、晶体三极管触发电路、利用小晶闸管触发大晶闸管的触发电路等等。

晶闸管最重要的特性是可控的正向导通特性。

当晶闸管的阳极加上正向电压后,还必须在门极与阴极之间加上一个具有一定功率的正向触发电压才能导通。

这一正向触发电压是由触发电路提供的，根据具体情况这个电压可以是交流、直流或脉冲电压。

由于晶闸管被触发导通以后，门极的触发电压即失去控制作用，所以为了减少门极的触发功率，常常用脉冲触发。

触发脉冲的宽度要能维持到晶闸管彻底导通后才能撤掉。

晶闸管对触发脉冲的幅值要求是：在门极上施加的触发电压或触发电流应大于产品提供的数据，但也不能太大，以免损坏其控制极。

在有晶闸管串并联的场合，触发脉冲的前沿越陡越有利于晶闸管的同时触发导通。

为了保证晶闸管电路能正常，可靠的工作，触发电路必须满足以下要求：(1)触发信号要有足够的功率为使晶闸管可靠触发，触发电路提供的触发电压和触发电流必须大于晶闸管产品参数提供的门极触发电压与触发电流值，即必须保证具有足够的触发功率。

同时，触发信号也不许超过规定的门极最大允许峰值电压与峰值电流，以免坏晶闸管的门极。