1,第2章 三相可控整流电路,2.1 三相整流电路,2.1.1 三相桥式整流电路,1.电路组成,2,2.工作原理,wt=t1：，整流管D1 、D6因承受正向电压而导通，此时电路中的电流经a相绕组、a点、二极管D1、负载电阻R、二极管D6、b点构成闭合回路，流回电源B相绕组。因此负载R上的电压为线电压uab。,wt=t2时刻，C相电压过零点为负值，继续有uauc，所以D5截止，电路仍然保持D1、D6导通状态，输出线电压uab。,3,wt=t5时刻，电路中的电流经B相绕组、b点、二极管D3、负载电阻R、二极管D2、c点构成闭合回路，流回电源C相绕组。因此负载R上的电压为线电压ubc。导通的二极管由D1转换成D3，输出电压由线电压uac转换成线电压ubc实现自然换流,4,3.电路参数,设整流变压器二次侧的A相电压为：,线电压：,整流电路输出电压的平均值U0为：,输出电流的平均值I0为：,5,流过二极管的平均电流ID为：,二极管反向电压UDRM的最大值为：,6,2.1.2 MDS型三相整流桥模块,M：模块； D：普通整流管； S：三相桥式电路。,为了便于用户使用，厂家还提供了多种类型MDS的技术指示,7,8,2.2 三相半波可控整流电路,2.2.1 电阻性负载,3只晶闸管V1、V2、V3的阴极连在一起，称为共阴极接法，这种电路，对于三个晶闸管的触发电路来讲有一个公共线时，连接比较方便，所以得到广泛应用。,在三相电压正半周交点（图中1、2、3等点）时，将从一个导通的整流管切换成另一个导通的整流管，是因三相电源的自然变化而形成，因此称这些点为整流的自然换流点。,9,1.控制角=00时的电路分析,当=00时，触发V1管，则V1管导通，负载上得到a相相电压。同理，隔1200电角，触发V2管，则V2导通，因ubua，则V1受反压而关断，负载得到b相相电压。如此循环下去。输出电压ud是一个脉动的直流电压。在一个周期内ud有三次脉动，脉动的最高频率是150Hz。,晶闸管的电流波形形状相同，相位依次相差1200,10,2.控制角=300时的电路分析,因电源输出接电阻性负载。输出电流id与电压ud波形相同，而=300时的电流波形是连续的临界状态，即控制角如果超过300时，输出电流将出现断续。,11,3.控制角=600时的电路分析,当电源经过自然换流点t0时 V1虽已承受正向电压，但因其触发脉冲ug1尚未来到，故不能导通。此后，直到ug1到来前的一段时间内，各相都不导通，输出电压电流都为零，电流出现断续。,12,4.定量分析,控制角=00时，输出电压ud最大，增大，输出电压减小。 当=1500时，输出电压为零，最大移相范围为001500。 300时，电流（压）连续，每相晶闸管的导通角为1200。 300时，电流（压）断续，导通角小于1200，导通角为=1500。, 300时，电流电压连续，输出直流电压平均值Ud为：,当3001500时，电路输出电压的平均值Ud为：,负载电流的平均值Id为：,流过每个晶闸管的平均电流IdV为：,13,流过每个晶闸管电流的有效值为：,晶闸管所承受的最大反向电压为电源线电压峰值，即,最大正向电压为电源相电压峰值，即,14,2.2.2 大电感负载,1.普通电路,300时，以a相为例，V1管导通到其阳极电压ua过零变为负时，因为负载电流趋于减小，L上的自感电势eL将阻碍电流减小，电路中（ua+eL）使晶闸管V1仍承受正向电压，维持V1一直导通，这样电路输出电压ud波形出现负电压部分。,当ug2触发V2管使其导通时，因b相电压大于a相电压使V1承受反压而关断。电路输出b相相电压。V2的关断过程与V1相同。,15,虽然ud脉动较大，但可使负载电流id波形基本平直。在t1t2期间，V1导通，V1上的电压为零；在t2t3期间，V2管导通，V1管承受线电压uab；在t3t4期间，V3导通，V1管承受线电压uac。由上分析可得：,由图可看出晶闸管承受的最大正反向电压均为线电压峰值,与电阻性负载时晶闸管承受,的正向电压是不同的。,输出电压的平均值Ud,负载电流的平均值Id为：,流过晶闸管的电流平均值与有效值为：,16,2.带续流二极管电路,三相半波可控整流电路带电感性负载时，可以通过加接续流二极管解决因控制角接近900时，输出电压波形出现正负面积相等而使其平均电压为零的问题。,t1时刻，c相电压过零变为负值，c相电压过零使电流有减小的趋势时，由于电感L的作用，产生自感电势eL，使续流二极管D导通，此时电路输出电压ud为二极管两端电压近似为零。电感L释放能量使输出电流id保持连续。由于c相电流为零使V3管关断。,17,晶闸管的导通角V=1500-。续流二极管在一个周期内导通三次，因此其导通角D=3(-300)。,流过晶闸管的平均电流和电流的有效值分别为：,流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为：,18,2.2.3 反电动势负载,在实际应用中，对于输出带直流电动机这样的反电动势负载，都要串接足够大的平波电抗器，保证直流电动机的电流连续，而尽可能的避免出现电流断线的情况。,2.2.4 共阳极整流电路,19,2.3 三相全控桥式整流电路,三相全控桥式整流电路是由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成。,把共阴极组的晶闸管依次编号为V1、V3、V5，而把共阳极组的晶闸管依次编号为V4、V6、V2。把V1和V4称为同一桥臂上的两个晶闸管，其它两组V3和V6、V5和V2同样为同一桥臂上的两个晶闸管。,20,2.3.1 控制角=00时的电路分析,1.电路的工作过程,三相全控桥式整流电路晶闸管的导通换流顺序是：6123456。,21,2.波形分析,三相全控桥式整流电路在任何时刻必须保证有两个不同桥臂的晶闸管同时导通才能构成回路。换流只在本组内进行，每隔1200换流一次。由于共阴与共阳极组换流点相隔600，所以每隔600有一个元件换流。,为了保证整流装置启动时共阴与共阳两组各有一个晶闸管导通，或由于电流断续后能使关断的晶闸管再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。,整流输出电压ud由线电压波头uab、uac、ubc、uba、uca和ucb组成，其波形是上述线电压的包络线。,由于变压器采用/Y接法使电源线电流为正负面积相等的阶梯波更接近正弦波，谐波影响小，所以在整流电路中，三相变压器多采用/Y或Y/接法。,晶闸管所承受最大正反向电压均为线电压峰值，即：,22,脉冲的移相范围在大电感负载时为00900。当电路接电阻性负载时，在600时波形断续，晶闸管的导通要维持到线电压过零反向时才关断。移相范围为001200。,流过晶闸管的电流与三相半波时相同，电流的平均值和有效值分别为：,2.3.2 控制角00时的电路分析,当00时，每个晶闸管都不在自然换流点换流，而是后移一个角开始换流 。,23,24,25,2.3.3 MTS型三相全控桥模块,M：模块； T：普通晶闸管； S：三相桥式电路,26,2.4 三相半控桥式整流电路,与全控电路相比，只是将共阳极组的三个晶闸管用整流二极管来替代。由于二极管的换相是靠电源电压的过零反向来完成，所以输出电压波形与全控电路有一定的区别。,27,2.4.1 控制角=300时的电路分析,在wt1时刻，V1得到脉冲时b相电压低于c相电压（在波形图上反映为uabuac），此时电路中V1和D6导通，电路输出电压ud=uab。,t2时刻，c相电压低于b相电压，c相的二极管D2优先导通，出现D2和D6换相，此后V1和D2导通，ud=uac,28,t3时刻触发V3，电路中V3导通，因此时有ubua，V1承受反压而关断，电路中V3和D2导通，输出电压ud=ubc,t4时刻，uauc，阴极接于a相的D4承受正压而导通，同时D2关断，出现D4和D2的换相，此时V3、D4导通使得ud=uba。,29,输出电压的平均值Ud与的关系为：,2.4.2 控制角=900时的电路分析,600时负载电压平均值与的关系为：,30,2.5 变压器漏电抗对整流电路的影响,2.5.1 换相期间的输出电压,在换相（即换流）时，由于漏抗阻止电流变化，因此电流不能突变，而要有一个变化过程,换相过程所对应的时间以相角计算，叫换相重叠角,31,在换相过程中，ud波形既不是ua也不是ub，而是换流两相电压的平均与不考虑变压器漏抗，即=0时相比，整流输出电压波形减少了一块阴影面积，使输出平均电压Ud减小了。这块减少的面积是由负载电流Id换相引起的，因此这块面积的平均值也就是Id引起的压降，称为换相压降。对于在一个周期中有m次换相的其它整流电路来说，其值为图中三块阴影面积在一个周期内的平均值。,32,2.5.2 可控整流电路的外特性,考虑换相压降U，整流变压器电阻RT（为变压器次级绕组每相电阻与初级绕组折算到次级的每相电阻之和）及晶闸管压降U后，直流输出电压为：,33,2.6 三相整流电路应用实例分析,2.6.1 三相半波可控整流电路组成的直流电源,1.KC04集成移相触发器,其主要技术参数有：,电源电压：DC15V（允许波动5%）； 电源电流：正电流小于等于15mA，负电流小于等于8mA； 脉冲宽度：400s2ms； 脉冲幅值；大于等于13V； 移相范围：小于1800（同步电压uV=30V时，为1500） 输出最大电流：100mA； 环境温度：100C700C。,34,同步电路可以输出一个与正弦交流电源同频率的方波。通过锯齿波电路形成与方波同频率的锯齿波；触发电路中控制角的改变是通过控制电压增大或减小来实现的，当控制电压UK增大时，通过移相电路可使触发脉冲前移，从而减小控制角的大小，使整流电路的输出电压增大，反之则减小。脉冲形成电路和脉冲输出电路相互配合，产生两路相位相差1800，功率足够大的脉冲。,35,KC04作为移相触发电路的典型应用电路图。它是一个16脚标准封装的集成块。其中管脚1、管脚15是两路脉冲的输出端，1脚脉冲超前15脚脉冲1800；2、10、14脚是为满足封装标准的没有作用的空脚。,输入同步电压uV通过电阻R3、R4和电位器RP2接入管脚8。电阻R4、电位器RP2和集成块内部电路共同实现输入限流，而电阻R2和电容C2起抗干扰作用。,电阻R1、R2、电位器RP1、电容C1、集成块反向电源、KC04内部电路共同组成锯齿波形成电路。锯齿波斜率的大小由电阻R1、电位器RP1电容C1决定。管脚4可检测这一波形。,36,电阻R5、R6、R7、电位器RP3、RP4、正负电源与KC04内部电路共同组成移相电路。控制电压UK、偏移电压UP分别通过电阻R6、R7在管脚9叠加后控制KC04内部电路中晶体管的导通和截止时刻，从而控制输出脉冲左右移动。当控制电压UK增大时，脉冲左移，控制角减小；当控制电压UK减小时，脉冲右移，控制角增大。偏移电压UP的作用是当控制电压UK为零时，可用偏移电压UP来确定脉冲的起始位置。观察管脚9的波形可看到控制电压对波形的作用。,37,电阻R8、电容C3、集成块正向电流与KC04内部电路共同组成脉冲形成电路，而脉冲的宽度就由时间常数R8C3的大小决定。观察管脚12可看到一个反向尖脉冲，其宽度即可决定输出脉冲的宽度。 KC04的第13脚为脉冲列调制端，此端在正同步电压的每半个周期输出一个脉冲。 第14脚为脉冲封锁控制端。当将此管脚接地时，集成块的输出端管脚1、管脚15将没有脉冲输出。,38,39,2.同步电压的获取,电路的移相范围要求01500。可选用三块KC04作为其触发器，只要接入正确的同步电压即可保证电路正常工作。,触发脉冲必须在晶闸管阳极电压为正的区间内出现，晶闸管才能被触发导通。这主要由触发电路中的同步电压uV决定，由控