电力电子课程设计

三相桥式全控整流电路电阻性负载设计 电力电子变流技术课程设计

三相桥式全控整流电路的设计

一、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 三相桥式全控整理电路原理图

目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其带电阻性负载原理图如图1所示。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，晶闸管的导通顺序为 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。

1.2 主电路原理说明

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

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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。

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。

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60o，如图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。由该表可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。α=0o时晶闸管工作情况如表1所示。

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时 段 共阴极组中 导通的晶闸管 共阳极组中 导通的晶闸管 整流输出电压ud Ⅰ VT1 Ⅱ VT1 Ⅲ VT3 Ⅳ VT3 Ⅴ VT5 Ⅵ VT5 VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6 ua-ub ua-uc ub- uc ub- ua uc- ua uc-ub =uab =uac =ubc =uba =uca =ucb 表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

从触发角α=0o时的情况可以总结出三相桥式全控整流电路的一些特点如下： （1） 每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中1个晶闸管是共阴极组的，1 个是共阳极组的，且不能为1相的晶闸管。

（2） 对触发脉冲要求：6个晶闸管的脉冲按VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6的顺序，相位依次差60o；共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120o，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120o；同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180o。

（3） 整流输出电压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。

（4）在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲。为此，可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于60o（一般取80o ~100o），称为宽脉冲触发。另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给序号紧前的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60o，

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脉宽一般为20 ~30，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器饱和，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，对于晶闸管串联使用不利。虽可用去磁绕组改善这种情况，但又使触发电路复杂化。因此，常用的是双脉冲触发。 （5）α＝0o时晶闸管承受的电压波形如图2所示。图中仅给出VT1的电压波形。将此波形与三相半波中的VT1电压波形比较可见，两者是相同的，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也与三相半波时一样。图2中还给出了晶闸管VT1流过电流 iVT 的波形，由此波形可以看出，晶闸管一周期中有120处于通态，240处于断态，由于负载为电阻，故晶闸管处于通态时的电流波形与相应时段的ud波形相同。

当触发角α改变时，电路的工作情况将发生变化。图3 给出了α=30时的波形。从ωt1角开始把一个周期等分为6段，每段为60o与α＝0o时的情况相比，一周期中ud波形

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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的规律。区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了30o,组成 ud 的每一段线电压因此推迟30o，ud平均值降低。晶闸管电压波形也相应发生变化如图所示。图中同时给出了变压器二次侧a相电流 ia 的波形，该波形的特点是，在VT1处于通态的120o期间，ia为正，ia波形的形状与同时段的ud波形相同，在VT4处于通态的120o期间，ia波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负值。

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图4 给出了α=60o时的波形，电路工作情况仍可对照表1分析。ud波形中每段线电压的波形继续向后移，ud平均值继续降低。α＝60o时ud出现了为零的点。

由以上分析可见，当α≤60o时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形的形状是一样的，也连续。

当α＞60o时，如α＝90o时电阻负载情况下的工作波形如图5所示，此时ud波形每60o中有30o为零，这是因为电阻负载时 id 波形与ud波形一致，一旦ud降至零，id也降至零，流过晶闸管的电流即降至零，晶闸管关断，输出整流电压ud为零，因此ud波形不能出现负值。图5中还给出了晶闸管电流和变压器二次电流的波形。

如果继续增大至120，整流输出电压ud波形将全为零，其平均值也为零，可见带电阻

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负载时三相桥式全控整流电路α角的移相范围是120。

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二、各元件参数的计算

三相桥式全控整流电路中，整流输出电压ud的波形在一个周期内脉动6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1/6周期）进行计算即可。以线电压uuv的零点为时间坐标原点的线电压波形如图6所示，其自然换相点在?t?600处， …… 此处隐藏：3788字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……