三相桥式全控整流电路设计

1 主电路的设计与原理说明

1.1 主电路图

图1-1中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、 VT5）为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）为共阳极组。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。此主电路要求带反电动势负载，此反电动势E=60V ，电阻R=10Ω，电感L 无穷大使负载电 流连续。其原理如图1所示。

图1-1 三相桥式全控整理电路原理图

1.2 主电路原理

为说明此原理，假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况就也就相当于晶闸管触发角α=0o 时的情况。此时，对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的三个晶闸管，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。

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d u 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 1d u 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2d u 为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压d u =1d u -2d u 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。

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的相电压，而共阳极

u为这两个相电压相减，组中处于通态的晶闸管对应的是最小的相电压，输出整流电压

d

u波形为线电压在正半周的包络线。

是线电压中最大的一个，因此输出整流电压

d

由于负载端所接的电感值无限大，会对变化的电流有抵抗作用，从而使得负载电流几乎为一条直线。其电路工作波形如图1-2所示。

图1-2 带阻感负α=0o时的波形

60，如为了说明各晶闸管的工作的情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为0

图1-2所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表所示。由该表1-1可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。

表1-1 三相桥式全控整流电路电阻负载α=0o时晶闸管工作情况

当触发角α改变时，电路的工作情况将发生变化。当α= 030 时，从1t ω角开始把一个周期等分为6段，每段为060与α＝00时的情况相比，一周期中d u 波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表1-1的规律。区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了030,组成 d u 的每一段线电压因此推迟030，d u 平均值降低。图1-3中给出了变压器二次侧a 相电流 a i 的波形，该波形的特点是，在VT1处于通态的120o 期间，a i 为正，由于大电感的作用，d i 波形的形状近似为一条直线，在VT4处于通态的120o 期间，a i 波形的形状也近似为一条直线，但为负值。

图1-3 带阻感负α=30o

时的波形

当060α=时，电路工作情况仍可对照表1-1分析。d u 波形中每段线电压的波形继续向后移，d u 平均值继续降低，060α=时d u 出现了为零的点。由以上分析可见，当060α≤时，d u 波形连续。对于带大电感的反电动势，d i 波形由于电感的作用为一条平滑的直线并且也连续。当060α>时，如090α=时电阻负载情况下的工作波形如图1-4所示，d u 平均值继续降低，由于电感的存在延迟了VT 的关断时刻，使得d u 的值出现负值，当电感足够大时，d u 中正负面积基本相等，d u 平均值近似为零。这说明带阻感的反电动势的三相桥式全控整流电路的α角的移相围为090。

图1-4 带阻感负α=90o

时的波形

2 触发电路的设计

2.1 触发电路的脉冲类型

对于三相桥式全控整流电路，在其合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲。为此，可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于060（一般取080～0100），称为宽脉冲触发；另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差060，脉宽一般为020～030，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压饱和，需将铁心体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡。因此，常用的是双脉冲触发。

2.2 常用的集成触发电路

常用的三相全控桥整流电路的集成触发电路是由三个KJ004集成块和一个KJ041集成块组成的，脉冲产生后由六个晶体管进行放大。

图2-1 KJ004电路原理图

KJ004 电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。电原理见图5：锯齿波的斜率决定于外接电阻R6、RW1，流出的充电电流和积分电容C1的数值。对不同的移相控制电压VY ，只有改变权电阻R1、R2的比例，调节相应的偏移电压VP 。同时调整锯齿波斜率电位器RW1，可以使不同的移相控制电压获得整个移相围。触发电路为正极性型，即移相电压增加，导通角增大。R7和C2形成微分电路，改变R7和 C2的值，可获得不同的脉宽输出。KJ004 的同步电压为任意值。

双脉冲信号的形成与控制用KJ041六路双脉冲形成器完成，KJ041是三相全控桥式触发线路中必备的电路，具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。实用块有电子开关控制

+15V