三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路
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
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)
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）
三相桥式全控整流电路
1主电路的原理1.1主电路其原理图如图1所示。
图1 三相桥式全控整理电路原理图习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、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。
此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，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。
从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。
1.2主电路原理说明整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。
假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。
此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。
而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。
这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。
此时电路工作波形如图2所示。
图2 反电动势α=0o时波形α=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。
由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。
在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。
从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压 ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud = ud1－ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。
直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大（正得最多）的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，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的包络线。
三相桥式全控整流电路及工作原理
三相桥式全控整流电路及工作原理
三相桥式全控整流电路是一种常用的电力电子变换电路,广泛应用于交流调速、直流传动、直流无刷电机等领域。
它具有输出电压可调、功率因数可控和双向传输功率等特点。
1. 电路结构
三相桥式全控整流电路由六个可控硅整流器()组成,三个正并联,另外三个反并联。
每个可控硅整流器的阳极与交流电源的一相相连,阴极与负载相连。
整流器的栅极连接到相应的脉冲发生电路,用于控制导通时间。
2. 工作原理
在每个周期内,三相交流电源的三相电压有两相电压大于另一相电压。
整流电路利用这一特性,使两相较高电压的可控硅整流器导通,从而将这两相电压的正半周经整流器输出到负载。
通过控制每个整流器的导通时间,可以调节输出电压的幅值和相位。
当某一相电压达到最大值时,该相的两个整流器将导通。
随着时间推移,其他两相电压将超过该相电压,相应的整流器也将导通。
如此循环,每个整流器在每个周期内均有一段导通时间。
通过调节每个整流器的导通时间,即控制脉冲发生电路对栅极施加脉冲的时间,可以控制输出电压的幅值。
同时,还可以改变脉冲施加的相位角,从而控制功率因数。
3. 特点
(1) 输出电压可连续调节
(2) 功率因数可控
(3) 双向传输功率
(4) 电路结构相对简单
三相桥式全控整流电路通过控制整流器的导通时间和相位,可以实现对输出电压和功率因数的精确控制,是一种非常重要和实用的电力电子变换电路。
三相桥式全控整流电路
8.2.6 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路相当于一组共阴极的三相半波和一组共阳极的三相半波可控整流电路串联起来构成的。
习惯上将晶闸管按照其导通顺序编号，共阴极的一组为VT1、VT3和VT5，共阳极的一组为VT2、VT4和VT6。
其电路如图8.22所示图8.22 三相桥式电阻性负载全控整流电路对于图8.22的电路，可以像分析三相半波可控整流电路一样，先分析若是不可控整流电路的情况，即把晶闸管都换成二极管，这种情况相当于可控整流电路的时的情况。
即要求共阴极的一组晶闸管要在自然换相点1、3、5点换相，而共阳极的一组晶闸管则会在自然换相点2、4、6点换相。
因此，对于可控整流电路，就要求触发电路在三相电源相电压正半周的1、3、5点的位臵给晶闸管VT1、VT3和VT5送出触发脉冲，而在三相电源相电压负半周的2、4、6点的位臵给晶闸管VT2、VT4和VT6送出触发脉冲，且在任意时刻共阴极组和共阳极组的晶闸管中都各有一只晶闸管导通，这样在负载中才能有电流通过，负载上得到的电压是某一线电压。
其波形如图8.23所示。
为便于分析，可以将一个周期分成6个区间，每个区间图8.23 三相桥式电阻性负载a=0°时波形区间，u相电位最高，在时刻，即对于共阴极组的u 相晶闸管VT1的的时刻，给其加触发脉冲，VT1满足其导通的两个条件，同时假设此时共阳极组阴极电位最低的晶闸管VT6已导通，这样就形成了由电源u相经VT1、负载及VT6回电源v相的一条电流回路。
若假设电流流出绕组的方向为正，则此时u相绕组的电流为正，v相绕组上的电流为负。
在负载电阻上就得到了整流后的直流输出电压，且，为三相交流电源的线电压之一。
过后到时刻，进入区间，这时u相相电压仍是最高，但对于共阳极组的晶闸管来说，由于w相相电压为最负，即VT2的阴极电位将变得最低。
所以在自然换相点２点，即时，给晶闸管VT2加触发脉冲，使其导通，同时由于VT2的导通，使VT6承受了反向的线电压而关断了。
三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路是一种典型的多相变流器结构。
其概念是利用三个桥式变换器，并将三相电源转换成多脉冲的直流电压或电流。
三相桥式全控整流电路可以满足多种多种
应用场合的需求。
三相桥式全控整流电路具有输出电流均衡、无影响源特性和可靠性等优点。
结构简单，尺寸小，失压开关控制，可靠性高，功率非常低，因此可以有效减少处理器的使用，降低
成本。
控制电路精确，可以实现功率的精确控制，提高了净输出功率的效率。
电阻元件高
度可调，可以对输出电流进行良好的控制，从而获得更好的控制性能。
三相桥式全控整流电路结构简单，可以有效控制输出电流，并且可以满足输出频率和
脉宽调节等多种需求。
但它也有一定的局限性，如功率范围较小，无法处理较大的功率负载。
三相桥式全控整流电路是一种常用的多相变流器。
它结构简单，控制精度高，稳定性好，可以有效解决处理多种应用场景的需求，在工业自动化等领域有广泛的应用。
三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路⽬录摘要 (1)1 概述 (2)2 三项桥式全控整流电路 (3)2.1电阻性负载 (3)2.1.1 ⼯作原理 (3)2.2 感性负载 (5)2.2.1 原理 (5)3仿真 (7)3.1 MATLAB 介绍 (7)3.2 电路仿真模型建⽴和参数设置 (8)3.2.1 三相桥式全控整流电路的分析 (8)3.3三相桥式整流电路的仿真 (8)3.3.1 带阻感性负载的仿真 (8)3.4 仿真设置及仿真结果 (14)3.5 带阻感性负载三相桥式全控整流电路的仿真分析 (15)3.6 纯电阻负载三相桥式全控整流电路的仿真 (18)⼩结 (19)参考⽂献 (20)带电阻负载的三相桥式全控整流电路设计摘要整流电路就是把交流电能转换成直流电能的电路。
⼤多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器组成。
它在直流电机的调速、发电机的激励调节电解、电镀等领域得到⼴泛应⽤。
整流电路主要有主电路、滤波器、变压器组成。
20世纪70年代以后，主电路多⽤硅整流⼆极管和晶闸管组成。
滤波器接在主电路和负载之间，⽤于滤除波动直流电压中的交流部分。
变压器设置与否视情况⽽定。
变压器的作⽤是实现交流输⼊电压与直流输出电压间的匹配以及交流电⽹与整流电路间的电隔离。
整流电路的种类有很多，半波整流电路、单项桥式半控整流电路、单项桥式全控整流电路、三项桥式半控整流电路、三项桥式全控整流电路。
关键词：整流、变压、触发、电感1 概述在电⼒系统中，电压和电流应是完好的正弦波．但是在实际的电⼒系统中，由于⾮线性负载的影响，实际的电⽹电压和电流波形总是存在不同程度的畸变，给电⼒输配电系统及附近的其它电⽓设备带来许多问题，因⽽就有必要采取措施限制其对电⽹和其它设备的影响。
随着电⼒电⼦技术的迅速发展，各种电⼒电⼦装置在电⼒系统、⼯业、交通、家庭等众多领域中的应⽤⽇益⼴泛，⼤量的⾮线性负载被引⼊电⽹，导致了⽇趋严重的谐波污染．电⽹谐波污染的根本原因在于电⼒电⼦装置的开关⼯作⽅式，引起⽹侧电流、电压波形的严重畸变．⽬前，随着功率半导体器件研制与⽣产⽔平的不断提⾼，各种新型电⼒电⼦变流装置不断涌现，特别是⽤于交流电机凋速传动的变频器性能的逐步完善，为⼯业领域节能和改善⽣产⼯艺提供了⼗分⼴阔的应⽤前景．相关资料表明，电⼒电⼦装置⽣产量在未来的⼗年中将以每年不低于10％的速度递增，同时，由这类装置所产⽣的⾼谐谐波约占总谐波源的70％以上。
三相桥式全控整流电路
输出电压与输入电压的关系
01
输出电压与输入电压的有效值成 正比，与触发脉冲的相位角有关 。
02
当触发脉冲在合适的相位角触发 晶闸管时，输出电压接近于输入
电压的最大值。
随着触发脉冲相位角的减小，输 出电压逐渐减小。
03
当触发脉冲相位角为0度时，输出 电压为0。
04
03
电路参数
整流元件的参数选择
额定电压
整流元件的额定电压应大 于电路的最大输出直流电 压。
额定电流
整流元件的额定电流应大 于电路的最大输出直流电 流。
反向耐压
整流元件的反向耐压应大 于电路的最大反向电压。
变压器的参数选择
额定功率
变压器的额定功率应大于电路的最大输出功率。
匝数比
变压器的匝数比应与电路的输入输出电压要求 相匹配。
磁芯材料
变压器的磁芯材料应具有较高的磁导率和较低的损耗，以提高变压器的效率。
常见故障与排除方法
故障1
整流输出电压异常
排除方法
检查输入电源是否正常，检查整流管是否损坏 ，检查电路连接是否良好。
故障2
可控硅不导通
排除方法
检查触发脉冲是否正常，检查可控硅控制极的连接 是否正确。
电路发热严重
故障3
排除方法
检查电路的散热情况，确保散热器安装良好，检查负载 是否过重。
维护与保养建议
滤波电容器的参数选择
电容量
滤波电容器的电容量应根据电路的输出电流和电压纹波的要求进 行选择。
耐压值
滤波电容器的耐压值应大于电路的最大输出直流电压。
温度特性
滤波电容器的温度特性应与电路的工作温度要求相匹配。
04
电路分析
三相桥式全控整流电路
小结:
❖ 7. 为确保电源合闸或电流断续情况正常工作， 触发脉冲应采用双脉冲或宽度不小于60度旳 宽脉冲。
❖ 8. 在负载电流连续时，每个SCR导通120度； 三相桥式全控电路旳整流电压在一种周期内 脉动六次，对于工频电源,脉动频率为 6×50HZ＝300Hz，比三相半波时大一倍。
小结:
❖ 9. 整流后旳输出电压为两相电压相减后旳波 形，即线电压。
❖ 此时，因为输出电压Ud波形连续, 负载电流波形也连续
❖ 在一种周期内每个晶闸管导通 120o，输出电压波形与电感性负 载时相同。
电阻性负载控制角α>60度
❖ 以控制角等于90度为例， 线电压过零时，负载电 压电流为0, SCR 关断， 电流波形断续
T+a,T-b导经过程
T+a,T-c导经过程
❖ 三相桥式电路中变压器绕组中，一周期既有正向电 流，又有反向电流，提升了变压器旳利用率，防止 直流磁化
❖ 因为三相桥式整流电路是两组三相半波整流电路旳 串联，所以输出电压是三相半波旳两倍。
一.电感性负载电感性负载
❖ 设电感足够大， ❖ 负载电流连续。 ❖ 1.控制角α=0 ❖ 相当于六个二极管整流
可控整流电路
三相桥式全控整流电路
第三节 三相桥式全控整流电路
❖ 一.电路构成: ❖ 共阴极三相半波+共阳极三相半波。
第三节 三相桥式全控整流电路
❖ 一.电路构成: （输出串联构成）
三相桥式全控整流电路
❖ 共阴极组电路和共阳极组电路串联，并接到变压器 次极绕组上
❖ 两组电路负载对称，控制角相同，则输出电流平均 值相等，零线中流过电流为零
❖ ◆输出电压旳脉动较小（6脉波/周期）； ❖ ◆变压器利用率高，无直流磁化问题； ❖ ◆最常用（大容量负载供电，电力拖动系统）
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图1 三相桥式全控整流电路
实验六：三相桥式全控整流电路
（一）实验目的
1.掌握实验电路的工作原理和关键波形；
2.分析不同参数设置对仿真结果的影响
（二）实验原理
在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。
由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。
很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。
为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a 相，晶闸管KP3和KP6接b 相，晶管KP5和KP2接c 相。
晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴
极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成
共阳极组。
为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规
则，下面研究几个特殊控制角，先分
析α=0的情况，也就是在自然换相点
触发换相时的情况。
图1是电路接线
图。
为了分析方便起见，把一个周期
等分6段（见图2）。
在第（1）段期间，a 相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b 相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6
被触发导通。
这时电流由a相经KP1流向负载，再经KP6流入b相。
变压器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。
加在负载上的整流电压为
=-=
经过60°后进入第(2)段时期。
这时a相电位仍然最高，晶闸管KPl继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c相晶闸管KP2，电流即从b相换到c相，KP6承受反向电压而关断。
这时电流由a相流出经KPl、负载、KP2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。
在负载上的电压为
=-=
再经过60°，进入第(3)段时期。
这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。
此时变压器bc两相工作，在负载上的电压为
=-=
余相依此类推。
由上述三相桥式全控整流电路的工作过程可以看出：
1.三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组，另一个是共阳极组的，只有它们能同时导通，才能形成导电回路。
2. 三相桥式全控整流电路就是两组三相半波整流电路的串联，所以与三相半波整流电路一样，对于共阴极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KPl、KP3和KP5依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。
对于共阳极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KP2、KP4和KP6依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差也是120°。
3.由于共阴极的晶闸管是在正半周触发，共阳极组是在负半周触发，因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°。
4. 三相桥式全控整流电路每隔60°有一个晶闸管要换流，由上一号晶闸管换流到下一号晶闸管触发，触发脉冲的顺序是：1→2→3→4→5→6→1，依次下去。
相邻两脉冲的相位差是60°。
5.由于电流断续后，能够使晶闸管再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时有触发脉冲。
为了达到这个目的，可以采取两种办法；一种是使每个脉冲的宽度大于60°（必须小于120°），一般取80°～100°，称为宽脉冲触发。
另一种是在触发某一号晶闸管时，同时给前一号晶闸管补发一个脉冲，使共阴极组和共阳极组的两个应导通的晶闸管上都有触发脉冲，相当于两个窄脉冲等效地代替大于60°的宽脉冲。
这种方法称双脉冲触发。
6.整流输出的电压，也就是负载上的电压。
整流输出的电压应该是两相电压相减后的波形，实际上都属于线电压，波头，，，，，均为线电压的一部分，是上述线电压的包络线。
相电压的交点与线电压的交点在同一角度位置上，故线电压的交点同样是自然换相点，同时亦可看出，三相桥式全控的整流电压在一个周期内脉动六次，脉动频率为6 × 50=300Hz，比三相半波时大一倍。
7．晶闸管所承受的电压。
三相桥式整流电路在任何瞬间仅有二臂的元件导通，其余四臂的元件均承受变化着的反向电压。
例如在第(1)段时期，KP1和KP6导通，此时KP3和KP4,承受反向线电压=-。
KP2承受反向线电压=-。
KP5承受反向线电压=-。
晶闸管所受的反向最大电压即为线电压的峰值。
当α从零增大的过程中，同样可分析出晶闸管承受的最大正向电压也是线电压的峰值。
（三）实验内容
1.在MATLAB/Simulink中构建三相桥式全控整流电路；
2.测量不同触发角下输入、输出电压波形，输出电流波形，分析电阻负载和阻感负载波形的区别。
（四）实验过程与结果分析
1．仿真系统
MATLAB平台
2．仿真参数
三相电源分别设置为Va：220V,相位角为0度，Vb：220V,相位角为-120度，Vc:220V,相位角为+120度，频率都设为50Hz。
脉冲发生器频率设为50，宽度为10。
Universal Bridge中桥臂设为3。
纯电阻负载时电阻为10欧，阻感负载时电阻为10欧电感为1H。
触发角分别为，，，。
3．仿真波形与分析
三相桥式全控型整流电路仿真模型如下：
图3. 三相桥式全控型整流电路仿真模型
（1）纯电阻性负载时不同触发角下的仿真波形如下：
图4.三相桥式全控整流电路电阻负载ａ=0°时的波形
图5.三相桥式全控整流电路电阻负载ａ=30°时的波形
图6.三相桥式全控整流电路电阻负载ａ=60°时的波形
图7.三相桥式全控整流电路电阻负载ａ=90°时的波形
波形分析：对于纯电阻性负载，当触发角小于等于90°时，波形均为正值，直流电流 与 同相，所以直流电流波形和直流电压波形一样。
随着触发角增大，在电压反向后管子即关断，所以晶闸管的正向导通时间减少，对应着输出平均电压逐渐减小，并且当触发角大于60°后Ud波形出现断续。
而随着触发角的持续增大，输出电压逐渐减小，当触发角继续增大到120°，整流输出电压 波形将全为零，其平均值也为零，可见带电阻负载时三相桥式全控整流电路触发角的移
相范围是0°-120°。
（2）阻感负载时不同触发角下的仿真波形如下：
图8.三相桥式全控整流电路电阻电感性负载ａ=0°时的波形
图9.三相桥式全控整流电路电阻电感性负载ａ=30°时的波形
图10.三相桥式全控整流电路电阻电感性负载ａ=60°时的波形
图11.三相桥式全控整流电路电阻电感性负载ａ=90°时的波形波形分析：对于阻感性的负载，当触发角小于60°时，整流输出电压波形与纯阻性负载时基本相同，所不同的是，阻感性负载直流侧电流由于有电感的滤波作用而不会发生急剧的变化，输出波形较为平稳。
而当触发角大于等于60°小于90°时，由于电感的作用，延长了管子的导通时间，使 波形出现负值，而不会出现断续，所以直流侧输出电压会减小，但是由于正面积仍然大于负面积，这时直流平均电压仍为正值。
触发角为90°时，若电感足够大， 中正负面积将
基本相等， 平均值近似为零。
这表明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的移相范围为0°- 90°。
4．结论
通过对电力电子的仿真和分析，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，在应用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。