三相半波可控整流电路电阻性负载课程设计

三相半波可控整流电路电阻性负载

摘要

整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。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。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。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之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。

关键词：整流，变压，触发，晶闸管，额定。

1主电路设计及原理

1.1 主电路设计

其原理图如图1所示。

图1 三相半波可控整流电路原理图

为了得到零线，整流变压器的二次绕组必须接成星形，而一次绕组多接成三角形，使其3次谐波能够通过，减少高次谐波的影响。三个晶闸管的阳极分别接入u、v、w三相电源，它们的阴极连接在一起，称共阴极接法，这对触发电路有公共线者连线较方便，用得较广。

1.2 主电路原理说明

图 1.1 三相半波可控整流电路电阻负载α=00时的波形

图 1.2三相半波可控整流电路电阻负载α=300时的波形

图 1.3三相半波可控整流电路电阻负载α=600时的波形

稳定工作时，三个晶闸管的触发脉冲互差120º，规定ωt=π/6为控制角α的起点，称为自然换相点。三相半波共阴极可控整流电路自然换相点是三相电源相电压正半周波形的交叉点，在各相相电压的π/6处，即ωt1、ωt2、ωt3 ，自然换相点之间互差2π/3，三相脉冲也互差120º。

在ωt1时刻触发VT1，在ωt1～ωt2区间有uu＞uv、uu＞uw，u相电压最高，VT1承受正向电压而导通，输出电压ud＝uu。其他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。

在ωt2时刻触发VT2，在ωt2～ωt3区间v相电压最高，由于uu＜uv，VT2承受正向电压而导通，ud＝uv。VT1两端电压uT1=uu-uv= uuv<0，晶闸管VT1承受反向电压关断。

在VT2导通期间，VT1两端电压uT1= uu-uv= uuv。在ωt2时刻发生的一相晶闸管导通变换为另一相晶闸管导通的过程称为换相。

在ωt3时刻触发VT3，在ωt3～ωt4区间w相电压最高，由于uv＜uw，VT3承受正向电压而导通，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。

这样在一周期内，VT1只导通2π/3，在其余4π/3时间承受反向电压而处于关断状态。只有承受高电压的晶闸管元件才能被触发导通，输出电压ud波形是相电压的一部分，每周期脉动三次，是三相电源相电压正半波完整包络线，输出电流id与输出电压ud波形相同(id=ud/R)。

电阻性负载α=0º时，VT1在VT2、VT3导通时仅承受反压，随着α的增

加，晶闸管承受正向电压增加；其他两个晶闸管承受的电压波形相同，仅相位依

次相差120º。增大α，则整流电压相应减小。

α=30º是输出电压、电流连续和断续的临界点。当α＜30º时，后一相的晶闸管导通使前一相的晶闸管关断。当α＞30º时，导通的晶闸管由于交流电压过零变负而关断后，后一相的晶闸管未到触发时刻，此时三个晶闸管都不导通，直到后一相的晶闸管被触发导通。

从上述波形图可以看出晶闸管承受最大正向电压是变压器二次相电压的峰值，UFM =U2，晶闸管承受最大反向电压是变压器二次线电压的峰值，URM=× U2 =U2。α=150º时输出电压为零，所以三相半波整流电路电阻性负载移相范围是0º～150º。 2 各参数的计算 2.1 输出值的计算

三相桥式全控整流电路中，整流输出电压d u 的波形在一个周期内脉动3次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/3周期）进行计算即可。对于电阻性负载而言，当α<300时，例如α=00，上图1.1所示，各晶闸管上的触发脉冲，其相序与电源的相序相同，各相触发脉冲依次间隔

1200，在一个周期内，三相电源轮流向负载供电，每相晶闸管各导电1200

，负

载电流是连续的。增大α值，即触发脉冲后移，则整流电压相应减小。当α=300时，如上图1.2所示，从输出电压、电流的波形可看出，这时负载电流处于连续和断续的临界状态，各项仍导电1200。如果α>300，例如α=600，如上图1.3所示，当导通的一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，此时下一相晶闸管虽然承受正向电压，但它的触发脉冲还未到，不会导通，姑输出电压和电流都为零，直到下一相触发脉冲出现为止，显然电流断续，各晶闸管导电时间都小于

1200。如果α角继续增大，那么整流电压将越来越小。当α=1500

时，整流输出

电压为零。故电阻负载时要求的移相范围为1500。 下面分两种情况来计算整流电压的平均值：

（1）α≤30︒时，负载电流连续，有：

当00α=时，d U 为最大，d d02U =U =1.17U 。

（2）a >30︒时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：

56

6

d 221sin () 1.17cos 2/3U td t U ππα

α

ωωα

π

++=

=⎰

公式3-1

当0150α=时， d U =0

负载电流的平均值d I 为

d d

U I =

R

由于晶闸管是交替工作的，流过晶闸管的平均电流为

dT d

1I =

I 3

2.2晶闸管的有效值： （1）α≤30︒时

（2）a >30︒时，

3

3.1 变压器参数

有要求之电压在50-300V 连续可调，当α=00时，d U =300V 。由公式3-1，

d U =21.17cos U α

：

则，2U =

1.17cos d U α

得之：二次侧有效值2U =256.4V ，考虑到一定的裕量取2U =290V 。

三相交流电源，线电压为380V ，则一次侧的有效值1U =220V 。变压器变比K=

12

U U =

220290

=0.76

3.2 晶闸管参数

把2U =290V ，d U =300V 代入公式3-1知：控制角0=28α；把2U =290V ，d U =50V 代入公式3-2知：控制角0=108α；

6

d

22

1

sin ()0.675[1cos(/6)]2/3U td t U π

π

α

ωωπαπ+==++⎰

公式

3-2 T I =

=T I ==公式3-3

公式3-4