三相整流電路詳解

（優(yōu)選）三相整流電路課件當(dāng)前1頁，總共87頁。2.1.1電阻性負(fù)載三相半波(又稱三相零式)相控整流電路如圖2-1(a)所示。圖中TR是整流變壓器，可直接由三相四線電源供電。三只晶閘管的陰極連在一起，稱為共陰極接法，這在觸發(fā)電路有公共線時(shí)連接比較方便，因此得到了廣泛應(yīng)用。2.1三相半波相控整流電路

當(dāng)前2頁，總共87頁。圖2-1三相半波可控整流電路電阻性負(fù)載α=0°時(shí)的波形(a)電路；(b)電源相電壓；(c)觸發(fā)脈沖；(d)輸出電壓、電流；(e)晶閘管V-1上的電流；(f)晶閘管V-1上的電壓當(dāng)前3頁，總共87頁。

圖2-1(b)是電源相電壓波形，三相電壓正半周交點(diǎn)是不用控制時(shí)整流的自然換流點(diǎn)，也就是各相晶閘管能被觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻（1點(diǎn)離a相相電壓ua的原點(diǎn)π/6），該點(diǎn)作為控制角α的計(jì)算起點(diǎn)。當(dāng)α=0°時(shí)（ωt1所處時(shí)刻），觸發(fā)V1管，則V1管導(dǎo)通，負(fù)載上得到a相相電壓。同理，隔120°電角（ωt2時(shí)刻）觸發(fā)V2管，則V2導(dǎo)通，V1則受反壓而關(guān)斷，負(fù)載得到b相相電壓。ωt3時(shí)刻觸發(fā)V3導(dǎo)通，而V2關(guān)斷，負(fù)載上得到c相相電壓。如此循環(huán)下去。輸出電壓ud是一個(gè)脈動(dòng)的直流電壓，它是三相交流相電壓正半周包絡(luò)線，相當(dāng)于半控整流的情況。在一個(gè)周期內(nèi)，ud有三次脈動(dòng)，脈動(dòng)的最高頻率是150Hz。從中可看出，三相觸發(fā)脈沖依次間隔120°電角，在一個(gè)周期內(nèi)三相電源輪流向負(fù)載供電，每相晶閘管各導(dǎo)通120°，負(fù)載電壓是連續(xù)的。當(dāng)前4頁，總共87頁。

圖2-1(e)是流過a相晶閘管V1的電流波形，其它兩相晶閘管的電流波形形狀與此相同，相位依次相差120°。變壓器繞組中流過的是直流脈動(dòng)電流，在一個(gè)周期中，每相繞組只工作1/3周期，因此存在變壓器鐵芯直流磁化和利用率不高的問題。圖2-1(f)是V1上電壓的波形。V1導(dǎo)通時(shí)為零；V2導(dǎo)通時(shí)，V1承受的是線電壓uab；V3導(dǎo)通時(shí)，V1承受的是線電壓uac。其它兩只晶閘管上的電壓波形形狀與此相同，只是相位依次相差120°。當(dāng)前5頁，總共87頁。圖2-2三相半波可控整流電路電阻性負(fù)載α=30°時(shí)的波形(a)電源電壓；(b)觸發(fā)脈沖；(c)輸出電壓、電流；(d)晶閘管上的電流當(dāng)前6頁，總共87頁。

圖2-2所示是α=30°時(shí)的波形。設(shè)V3已導(dǎo)通，負(fù)載上獲得c相相電壓uc，當(dāng)電源經(jīng)過自然換流點(diǎn)ωt0時(shí)，由于V1的觸發(fā)脈沖ug1還沒來到，因而不能導(dǎo)通，而uc仍大于零，所以V3不能關(guān)斷而繼續(xù)導(dǎo)通；直到ωt1處，此時(shí)ug1觸發(fā)V1導(dǎo)通，V3承受反壓關(guān)斷，負(fù)載電流從c相換到a相。以后即如此循環(huán)下去。從圖2-2中可看出，這是負(fù)載電流連續(xù)的臨界狀態(tài)，一個(gè)周期中，每只管子仍導(dǎo)通120°。當(dāng)前7頁，總共87頁。

圖2-3所示是α=60°時(shí)的波形，設(shè)V3已工作，電路輸出c相相電壓uc。當(dāng)uc過零變負(fù)時(shí)，V3因承受反壓而關(guān)斷。此時(shí)V1雖已承受正向電壓，但因其觸發(fā)脈沖ug1尚未來到，故不能導(dǎo)通。此后，直到ug1

到來前的一段時(shí)間內(nèi)，各相都不導(dǎo)通，輸出電壓電流都為零。當(dāng)ug1到來，V1導(dǎo)通，輸出電壓為a相相電壓ua,依次循環(huán)。若控制角α繼續(xù)增大，則整流電路輸出電壓ud將繼續(xù)減小。當(dāng)α=150°時(shí)，ud就減小到零。當(dāng)前8頁，總共87頁。圖2-3三相半波可控整流電路電阻性負(fù)載α=60°時(shí)的波形電源電壓；(b)觸發(fā)脈沖；(c)輸出電壓、電流；(d)晶閘管上的電壓當(dāng)前9頁，總共87頁。

由上分析可知：（1）控制角α=0°時(shí)，輸出電壓最大；α增大，輸出電壓減??；當(dāng)α=150°時(shí)，輸出電壓為零，所以最大移相范圍為150°。當(dāng)α≤30°時(shí)，電流（壓）連續(xù)，每相晶閘管的導(dǎo)通角θ為120°，當(dāng)α＞30°時(shí)，電流（電壓）斷續(xù)，導(dǎo)通角θ小于120°，導(dǎo)通角為θ=150°-α。

當(dāng)前10頁，總共87頁。

（2）由于每相導(dǎo)電情況相同，故只需在1/3周期內(nèi)求取電路輸出電壓的平均值，即一個(gè)周期內(nèi)電路輸出的平均值。當(dāng)α≤30°時(shí)，電流電壓連續(xù)，輸出直流電壓平均值Ud為0°≤α≤30°式中U2φ為變壓器次級(jí)相電壓有效值。當(dāng)前11頁，總共87頁。

當(dāng)30°＜α≤150°時(shí)，電路輸出電壓ud、輸出電流id波形斷續(xù)，如圖2-3所示，導(dǎo)通角θ=150°-α?？汕蟮幂敵鲭妷旱钠骄禐?0°≤α≤150°當(dāng)前12頁，總共87頁。（3）負(fù)載電流的平均值Id為I流過每個(gè)晶閘管的平均電流IdV為流過每個(gè)晶閘管電流的有效值為0°≤α≤30°當(dāng)前13頁，總共87頁。0°≤α≤150°

（4）從圖2-1(f)可看出，晶閘管所承受的最大反向電壓為電源線電壓峰值，最大正向電壓為電源相電壓峰值，即 。當(dāng)前14頁，總共87頁。2.1.2大電感負(fù)載圖2-4三相半波可控整流電路大電感負(fù)載α=60°時(shí)的波形(a)電路；(b)輸出電壓；(c)觸發(fā)脈沖；(d)輸出電流；(e)晶閘管上的電壓當(dāng)前15頁，總共87頁。

由上分析可得：（1）圖2-4可看出晶閘管承受的最大正、反向電壓均為線電壓峰值 ，這一點(diǎn)與電阻性負(fù)載時(shí)晶閘管承受的正向電壓是不同的。當(dāng)前16頁，總共87頁。

（2）輸出電壓的平均值Ud可由ud波形從π/6+α~5π/6+α內(nèi)積分求得負(fù)載電流的平均值Id為流過晶閘管的電流平均值與有效值為當(dāng)前17頁，總共87頁。圖2-5三相半波可控整流電路電感負(fù)載帶續(xù)流二極管時(shí)的波形(a)電路；(b)輸出電壓；(c)輸出電流當(dāng)前18頁，總共87頁。

很明顯，ud的波形與純電阻負(fù)載時(shí)一樣，Ud的計(jì)算公式也與電阻性負(fù)載時(shí)相同。一個(gè)周期內(nèi)，晶閘管的導(dǎo)通角θT=150°-α。續(xù)流二極管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通三次，因此其導(dǎo)通角θVD=3(α-30°)。流過晶閘管的平均電流和電流的有效值分別為當(dāng)前19頁，總共87頁。流過續(xù)流二極管的電流的平均值和有效值分別為當(dāng)前20頁，總共87頁。2.1.3反電勢(shì)負(fù)載

串聯(lián)平波電抗器的電動(dòng)機(jī)負(fù)載就是一種反電勢(shì)負(fù)載。當(dāng)電感L足夠大時(shí)，負(fù)載電流id的波形近似于一條直線，電路輸出電壓ud的波形及計(jì)算與大電感負(fù)載時(shí)一樣。但當(dāng)L不夠大或負(fù)載電流太小，L中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量不足以維持電流連續(xù)時(shí)，則ud的波形出現(xiàn)由反電勢(shì)E形成的階梯，Ud不再符合前面的計(jì)算公式。當(dāng)前21頁，總共87頁。2.1.4共陽極整流電路

圖2-6(a)所示電路為將三只晶閘管陽極連接在一起的三相半波可控整流電路，稱為共陽極接法。這種接法可將散熱器連在一起，但三個(gè)觸發(fā)電源必須相互絕緣。共陽極接法中，晶閘管只能在相電壓的負(fù)半周工作，其陰極電位為負(fù)且有觸發(fā)脈沖時(shí)導(dǎo)通，換相總是換到陰極電位更負(fù)的那一相去。當(dāng)前22頁，總共87頁。

相電壓負(fù)半周的交點(diǎn)就是共陽極接法的自然換流點(diǎn)。共陽極整流電路的工作情況、波形及數(shù)量關(guān)系與共陰極接法相同，僅輸出極性相反，其輸出電壓、電流波形和三個(gè)晶閘管中的電流波形如圖2-6(b)、(c)、(d)、(e)、(f)所示，均為負(fù)值。大電感負(fù)載時(shí)，Ud的計(jì)算公式為

Ud=-1.17U2φcosα(2-15)

式中負(fù)號(hào)表示電源零線是負(fù)載電壓的正極端。當(dāng)前23頁，總共87頁。

三相半波可控整流電路只用三只晶閘管，接線簡(jiǎn)單，與單相電路比較，其輸出電壓脈動(dòng)小、輸出功率大、三相平衡。但是整流變壓器次級(jí)繞組在一個(gè)周期內(nèi)只有1/3時(shí)間流過電流變壓器的利用率低。另外，變壓器次級(jí)繞組中電流是單方向的，其直流分量在磁路中產(chǎn)生直流不平衡磁動(dòng)勢(shì)，會(huì)引起附加損耗；如不用變壓器，則中線電流較大，同時(shí)交流側(cè)的直流電流分量會(huì)造成電網(wǎng)的附加損耗。因此，這種電路多用于中等偏小容量的設(shè)備上。當(dāng)前24頁，總共87頁。圖2-6三相半波共陽極可控整流電路及波形當(dāng)前25頁，總共87頁。

三相全控橋式整流電路由一組共陰極接法的三相半波可控整流電路和一組共陽極接法的三相半波可控整流電路串聯(lián)而成，如圖2-7所示。因此，整流輸出電壓的平均值Ud為三相半波整流時(shí)的兩倍，在大電感負(fù)載時(shí)為式中U2l為變壓器次級(jí)線電壓有效值。

2.2三相全控橋式相控整流電路當(dāng)前26頁，總共87頁。圖2-7三相橋式全控整流電路當(dāng)前27頁，總共87頁。

與三相半波電路相比，若要求輸出電壓相同，則三相橋式整流電路對(duì)晶閘管最大正反向電壓的要求降低一半；若輸入電壓相同，則輸出電壓Ud比三相半波可控整流時(shí)高一倍。另外，由于共陰極組在電源電壓正半周時(shí)導(dǎo)通，流經(jīng)變壓器次級(jí)繞組的電流為正；共陽極組在電壓負(fù)半周時(shí)導(dǎo)通，流經(jīng)變壓器次級(jí)繞組的電流為負(fù)，因此在一個(gè)周期中變壓器繞組不但提高了導(dǎo)電時(shí)間，而且也無直流流過，克服了三相半波可控整流電路存在直流磁化和變壓器利用率低的缺點(diǎn)。當(dāng)前28頁，總共87頁。圖2-8三相全控橋式整流電路大電感負(fù)載α=0°時(shí)的波形(a)輸入電壓；(b)晶閘管的導(dǎo)通情況；(c)觸發(fā)脈沖；(d)輸出電壓；(e)變壓器次級(jí)電流及電源線電流；(f)晶閘管上的電壓2.2.1工作原理

當(dāng)前29頁，總共87頁。圖2-8三相全控橋式整流電路大電感負(fù)載α=0°時(shí)的波形(a)輸入電壓；(b)晶閘管的導(dǎo)通情況；(c)觸發(fā)脈沖；(d)輸出電壓；(e)變壓器次級(jí)電流及電源線電流；(f)晶閘管上的電壓當(dāng)前30頁，總共87頁。圖2-8三相全控橋式整流電路大電感負(fù)載α=0°時(shí)的波形(a)輸入電壓；(b)晶閘管的導(dǎo)通情況；(c)觸發(fā)脈沖；(d)輸出電壓；(e)變壓器次級(jí)電流及電源線電流；(f)晶閘管上的電壓當(dāng)前31頁，總共87頁。

為分析方便，把一個(gè)周期分為6段，每段相隔60°。在第(1)段期間，a相電位ua最高，共陰極組的V1被觸發(fā)導(dǎo)通，b相電位ub最低，共陽極組的V6被觸發(fā)導(dǎo)通，電流路徑為ua→V1→R(L)→V6→ub。變壓器a、b兩相工作，共陰極組的a相電流ia為正，共陽極組的b相電流ib為負(fù)，輸出電壓為線電壓ud=uab。在第(2)段期間，ua仍最高，V1繼續(xù)導(dǎo)通，而uc變?yōu)樽钬?fù)，電源過自然換流點(diǎn)時(shí)觸發(fā)V2導(dǎo)通，c相電壓低于b相電壓，V6因承受反壓而關(guān)斷，電流即從b相換到c相。這時(shí)電流路徑為ua→V1→R(L)→V2→uc。變壓器a、c兩相工作，共陰極組的a相電流i為正，共陽極組的c相電流ic為負(fù)，輸出電壓為線電壓ud=uac當(dāng)前32頁，總共87頁。

在第(3)段期間，ub為最高，共陰極組在經(jīng)過自然換流點(diǎn)時(shí)觸發(fā)V3導(dǎo)通，由于b相電壓高于a相電壓，V1管因承受反壓而關(guān)斷，電流從a相換相到b相。V2因?yàn)閡c仍為最低而繼續(xù)導(dǎo)通。這時(shí)電流路徑為ub→V3→R(L)→V2→uc。變壓器b、c兩相工作，共陰極組的b相電流ib為正，共陽極組的c相電流ic為負(fù)，輸出電壓為線電壓ud=ubc。以下各段依此類推，可得到在第(4)段時(shí)輸出電壓ud=uba；在第(5)段時(shí)輸出電壓ud=uca；在第(6)段時(shí)輸出電壓ud=ucb。以后則重復(fù)上述過程。由以上分析可知，三相全控橋式整流電路晶閘管的導(dǎo)通換流順序是：V6→V1→V2→V3→V4→V5→V6。電路輸出電壓ud的波形如圖2-8(d)所示。當(dāng)前33頁，總共87頁。

由以上分析可看出如下幾點(diǎn)：

(1)三相全控橋式整流電路在任何時(shí)刻必須保證有兩個(gè)不同組的晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能構(gòu)成回路。換流只在本組內(nèi)進(jìn)行，每隔120°換流一次。由于共陰極組與共陽極組換流點(diǎn)相隔60°，所以每隔60°有一個(gè)元件換流。同組內(nèi)各晶閘管的觸發(fā)脈沖相位差為120°，接在同一相的兩個(gè)元件的觸發(fā)脈沖相位差為180°，而相鄰兩脈沖的相位差是60°。元件導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖情況如圖2-8(b)、(c)所示。2.2.2結(jié)果分析當(dāng)前34頁，總共87頁。

(2)為了保證整流裝置啟動(dòng)時(shí)共陰與共陽兩組各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通或電流斷續(xù)后能使關(guān)斷的晶閘管再次導(dǎo)通，必須對(duì)兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對(duì)晶閘管同時(shí)加觸發(fā)脈沖。采用寬脈沖（必須大于60°、小于120°，一般取80°～100°）或雙窄脈沖（在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)每個(gè)晶閘管連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖間隔為60°）都可達(dá)到上述目的。采用雙窄脈沖觸發(fā)的方式示于圖2-8(c)中。雙窄脈沖觸發(fā)電路雖然復(fù)雜，但可減小觸發(fā)電路功率與脈沖變壓器體積，所以較多采用。

當(dāng)前35頁，總共87頁。

(3)整流輸出電壓ud由線電壓波頭uab、uac、ubc、uba、uca和ucb組成，其波形是上述線電壓的包絡(luò)線?？梢钥闯?，三相全控橋式整流電壓ud在一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)6次，脈動(dòng)頻率為300Hz，比三相半波大一倍（相當(dāng)于6相）。

(4)圖2-8(e)所示為流過變壓器次級(jí)的電流和電源線電流的波形。由圖可看出，由于變壓器采用△/Y接法，使電源線電流為正、負(fù)面積相等的階梯波，更接近正弦波，諧波影響小，因此在整流電路中，三相變壓器多采用△/Y或Y/△接法。

當(dāng)前36頁，總共87頁。

(5)圖2-8(f)所示為晶閘管所承受的電壓波形。由圖可看出，在第(1)、(2)兩段的120°范圍內(nèi)，因?yàn)閂1導(dǎo)通，故V1承受的電壓為零；在第(3)、(4)兩段的120°范圍內(nèi)，因V3導(dǎo)通，所以V1管承受反向線電壓uab；在第(5)、(6)兩段的120°范圍內(nèi)，因V5導(dǎo)通，所以V1管承受反向線電壓uac。同理也可分析其它管子所承受電壓的情況。當(dāng)α變化時(shí)，管子電壓波形也有規(guī)律地變化。可以看出，晶閘管所承受最大正、反向電壓均為線電壓峰值，即當(dāng)前37頁，總共87頁。

(6)脈沖的移相范圍在大電感負(fù)載時(shí)為0°～90°。順便指出，當(dāng)電路接電阻性負(fù)載時(shí)，當(dāng)α＞60°時(shí)波形斷續(xù)，晶閘管的導(dǎo)通要維持到線電壓過零反向后才關(guān)斷，移相范圍為0°～120°。當(dāng)前38頁，總共87頁。

(7)流過晶閘管的電流與三相半波時(shí)相同，電流的平均值和有效值分別為

當(dāng)α＞0°時(shí)，每個(gè)晶閘管都不在自然換流點(diǎn)換流，而是后移一個(gè)α角開始換流，圖2-9、2-10、2-11為α=30°、60°、90°時(shí)電路的波形。從圖中可見，當(dāng)α≤60°時(shí)，ud的波形均為正值，其分析方法與α=0°時(shí)相同。當(dāng)α＞60°時(shí)，由于電感L的感應(yīng)電勢(shì)的作用，ud的波形出現(xiàn)負(fù)值，但正面積大于負(fù)面積，平均電壓Ud仍為正值。當(dāng)α=90°時(shí)，正、負(fù)面積相等，輸出電壓Ud=0。當(dāng)前39頁，總共87頁。圖2-9三相全控橋式整流電路大電感負(fù)載α=30°時(shí)的電壓波形當(dāng)前40頁，總共87頁。圖2-10三相全控橋式整流電路大電感負(fù)載當(dāng)前41頁，總共87頁。圖2-11三相全控橋式整流電路大電感負(fù)載α=90°時(shí)的電壓波形當(dāng)前42頁，總共87頁。2.3.1換相期間的輸出電壓以三相半波可控整流大電感負(fù)載為例，分析漏抗對(duì)整流電路的影響，其等效電路如圖2-12(a)所示。在換相（即換流）時(shí)，由于漏抗阻止電流變化，因此電流不能突變，因而存在一個(gè)變化的過程。2.3變壓器漏電抗對(duì)整流電路的影響

當(dāng)前43頁，總共87頁。

在圖2-12(b)中，ωt1時(shí)刻觸發(fā)V2管，使電流從a相轉(zhuǎn)換到b相，a相電流從Id不能瞬時(shí)下降到零，而b相電流也不能從零突然上升到Id，電流換相需要一段時(shí)間，直到ωt2時(shí)刻才完成，如圖2-12(c)所示，這個(gè)過程叫換相過程。換相過程所對(duì)應(yīng)的時(shí)間以相角計(jì)算，叫換相重疊角，用γ表示。在重疊角γ期間，a、b兩相晶閘管同時(shí)導(dǎo)電，相當(dāng)于兩相間短路。兩相電位之差ub-ua稱為短路電壓，在兩相漏抗回路中產(chǎn)生一個(gè)假想的短路電流ik，如圖2-12(a)虛線所示，a相電流ia=Id-ik

，隨著ik的增大而逐漸減?。欢鴌b=ik是逐漸增大的。當(dāng)增大到Id也就是ia減小到零時(shí)，V1關(guān)斷，V2管電流達(dá)到穩(wěn)定電流Id

，完成換相過程。

當(dāng)前44頁，總共87頁。換相期間，短路電壓為兩個(gè)漏抗電勢(shì)所平衡，即負(fù)載上電壓為(2-20)(2-21)當(dāng)前45頁，總共87頁。

上式說明，在換相過程中，ud波形既不是ua也不是ub，而是換流兩相電壓的平均值，如圖2-12(b)所示。與不考慮變壓器漏抗，即γ=0時(shí)相比，整流輸出電壓波形減少了一塊陰影面積，使輸出平均電壓Ud減小了。這塊減少的面積是由負(fù)載電流Id換相引起的，因此這塊面積的平均值也就是Id引起的壓降，稱為換相壓降，其值為圖中三塊陰影面積在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。對(duì)于在一個(gè)周期中有m次換相的其它整流電路來說，其值為m塊陰影面積在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。由式(2-21)知，在換相期間輸出電壓ud=ub-LT(dik/dt)=ub-LT(dib/dt)，而不計(jì)漏抗影響的輸出電壓為ub

，故由LT引起的電壓降低值為ub-ud=LT(dib/dt)，所以一塊陰影面積為當(dāng)前46頁，總共87頁。因此一個(gè)周期內(nèi)的換相壓降為

上式中m為一個(gè)周期內(nèi)的換相次數(shù)，三相半波電路m=3，三相橋式電路m=6。XT是漏感為L(zhǎng)T的變壓器每相折算到次級(jí)繞組的漏抗。變壓器的漏抗XT可由公式 求得，式中U2為相電壓有效值，I2為相電流有效值，uk%為變壓器短路比,取值在5～12之間。換相壓降可看成在整流電路直流側(cè)增加一只阻值為mXT/2π的等效內(nèi)電阻，負(fù)載電流Id在它上面產(chǎn)生的壓降，區(qū)別僅在于這項(xiàng)內(nèi)電阻并不消耗有功功率。

當(dāng)前47頁，總共87頁。圖2-12變壓器漏抗對(duì)可控整流電路電壓、電流波形的影響當(dāng)前48頁，總共87頁。為了便于計(jì)算，將圖2-12中的坐標(biāo)原點(diǎn)移到a、b相的自然換相點(diǎn)，并設(shè)

從電路工作原理可知，當(dāng)電感LT中電流從０變到Id時(shí)，正好對(duì)應(yīng)ωt從α變到α＋γ，根據(jù)這些條件，再對(duì)式（2-20）進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算可求得（2-23）2.3.2換相重疊角γ

當(dāng)前49頁，總共87頁。上式是一個(gè)普遍公式，對(duì)于三相半波電路，代入m=3可得

對(duì)于三相橋式電路，因它等效于相電壓為 時(shí)的六相半波整流電路，電壓為 ，m=6，代入后結(jié)果與三相半波電路相同。當(dāng)前50頁，總共87頁。

對(duì)于單相雙半波電路，它相當(dāng)于兩相半波電路,只要把m=2代入即可得

對(duì)于單相全控橋，由于變壓器漏抗XT在一周期兩次換流中都起作用，其電流從Id到-Id，雖然此時(shí)m=2，但換流角方程為當(dāng)前51頁，總共87頁。

由式(2-23)可見，只要已知Id、XT、U2φ與控制角α，就可計(jì)算出重疊角γ。當(dāng)α一定時(shí)，IdXT增大，則γ增大，這是因?yàn)橹丿B角的產(chǎn)生是由于換相期間變壓器漏感儲(chǔ)存電能引起的，IdXT愈大，變壓器儲(chǔ)存的能量也愈大。當(dāng)IdXT為常數(shù)時(shí)，α愈小則γ愈大，α為0時(shí)γ最大。變壓器的漏抗與交流進(jìn)線串聯(lián)電抗的作用一樣，能夠限制短路電流且使電流變化比較緩和，對(duì)晶閘管上的電流變化率和電壓變化率也有限制作用。但是由于漏抗的存在，在換相期間，相當(dāng)于兩相間短路，使電源相電壓波形出現(xiàn)缺口，用示波器觀察相電壓波形時(shí)，在換流點(diǎn)上會(huì)出現(xiàn)毛刺，嚴(yán)重時(shí)將造成電網(wǎng)電壓波形畸變，影響本身與其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行。當(dāng)前52頁，總共87頁?？煽卣麟娐穼?duì)直流負(fù)載來說是一個(gè)有內(nèi)阻的電壓可調(diào)的直流電源?？紤]換相壓降Uγ、整流變壓器電阻RT（為變壓器次級(jí)繞組每相電阻與初級(jí)繞組折算到次級(jí)的每相電阻之和）及晶閘管壓降ΔU后，直流輸出電壓為(2-24)式中，Udo為α=0°時(shí)整流電路輸出的電壓（Udo=1.17U2φ），即空載電壓；RI為整流電路內(nèi)阻，RI=RT＋mXT/2π；ΔU是一個(gè)晶閘管的正向?qū)▔航?，單位為V；三相半波時(shí)電流流經(jīng)一個(gè)整流元件n=1，三相橋式時(shí)n=2?？紤]變壓器漏抗時(shí)的可控整流電路。外特性曲線如圖2-13所示。2.3.3可控整流電路的外特性

當(dāng)前53頁，總共87頁。圖2-13考慮變壓器漏抗時(shí)的可控整流電路外特性當(dāng)前54頁，總共87頁。

由圖可以看出，當(dāng)控制角α一定時(shí)，隨著整流電流Id的逐漸增大，即電路所帶負(fù)載的增加，整流輸出電壓逐漸減小，這是由整流電路內(nèi)阻所引起的。而當(dāng)電路負(fù)載一定時(shí)，即整流輸出電流不變，則隨著控制角α的逐漸增大，輸出整流電壓也是逐漸減小的。當(dāng)前55頁，總共87頁。2.4.1KC04集成移相觸發(fā)器

KC系列集成觸發(fā)器品種多，功能全，可靠性高，調(diào)試方便，應(yīng)用非常廣泛。

KC04移相觸發(fā)器主要為單相或三相全控橋式晶閘管整流電路作觸發(fā)電路，其主要技術(shù)參數(shù)有：2.4集成觸發(fā)電路當(dāng)前56頁，總共87頁。電源電壓：DC±15V（允許波動(dòng)5%）；電源電流：正電流小于等于15mA，負(fù)電流小于等于8mA；脈沖寬度：400μs～2ms；脈沖幅值；大于等于13V；移相范圍：小于180°（同步電壓us=30V時(shí)，為150°）；輸出最大電流：100mA；環(huán)境溫度：-10～70℃。當(dāng)前57頁，總共87頁。圖2-14KC04組成的移相式觸發(fā)電路當(dāng)前58頁，總共87頁。

1．同步電路同步電路由晶體管V1～V4等元件組成。正弦波同步電壓uV經(jīng)限流電阻加到V1

、V2的基極。在uV正半周，V2截止，V1導(dǎo)通，VD1導(dǎo)通，V4得不到足夠的基極電壓而截止。在uV的負(fù)半，V1截止，V2

、V3導(dǎo)通，VD2導(dǎo)通，V4同樣得不到足夠的基極電壓而截止。必須注意的是，在上述uV的正、負(fù)半周內(nèi)，當(dāng)|uV|＜0.7V時(shí)，V1

、V2

、V3均截止，VD1、VD2也截止，于是V4從電源+15V經(jīng)R3、R4獲得足夠的基極電流而飽和導(dǎo)通，在V4的集電極獲得與正弦波同步電壓uV同步的脈沖uc4，即uc4與uV的變化頻率相同，如圖2-15所示。當(dāng)前59頁，總共87頁。

2．鋸齒波形成電路三極管V5、電容C1等組成鋸齒波發(fā)生器。當(dāng)V4截止時(shí)，+15V電源通過R6、R22、RW、-15V對(duì)C1充電。當(dāng)V4導(dǎo)通時(shí)，C1通過V4、VD3迅速放電，在KC04的第④腳（也就是V5的集電極）形成鋸齒波電壓uc5，鋸齒波的斜率取決于R22、RW與C1的大小，鋸齒波的相位與uc4相同。當(dāng)前60頁，總共87頁。

3．移相電路晶體管V6與外圍元件組成移相電路。鋸齒波電壓uc5、控制電壓UK、偏移電壓UP分別通過電阻R24、R23、R25在V6的基極疊加成ube6，當(dāng)ube6

＞0.7V時(shí)，V6導(dǎo)通，即uc5＋UP＋UK控制了V6的導(dǎo)通與截止時(shí)刻。由波形圖可以看出，鋸齒波與ωt軸的交點(diǎn)就是脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻，如ub6波形所示。這個(gè)交點(diǎn)的左移或右移可由控制電壓UK來確定。當(dāng)UK增加時(shí)，交點(diǎn)左移，脈沖左移，控制角α減?。划?dāng)UK減小時(shí)，交點(diǎn)右移，脈沖也右移，控制角α增大，這樣就控制了脈沖的移相。偏移電壓UP的作用是當(dāng)控制電壓UK為零時(shí)，可用UP來確定脈沖的起始位置。當(dāng)前61頁，總共87頁。圖2-15KC04各點(diǎn)電壓波形圖當(dāng)前62頁，總共87頁。圖2-15KC04各點(diǎn)電壓波形圖當(dāng)前63頁，總共87頁。

4．脈沖形成電路

V7與外圍元件組成脈沖形成電路。當(dāng)V6截止時(shí)，＋15V電源通過R7、V7的b-e結(jié)對(duì)C2充電（左正右負(fù)），同時(shí)V7經(jīng)R26獲得基極電流而導(dǎo)通。當(dāng)V6導(dǎo)通時(shí)，C2上的充電電壓成為V7的b-e結(jié)的反偏電壓，V7截止。此后＋15V經(jīng)R26

、V6對(duì)C2充電（左負(fù)右正），當(dāng)反向充電電壓大于1.4V時(shí)，V7又恢復(fù)導(dǎo)通。這樣在V7的集電極得到了脈沖uc7，其脈寬由時(shí)間常數(shù)R26C2的大小決定。當(dāng)前64頁，總共87頁。

5．脈沖輸出電路

V8～V15組成脈沖輸出電路。在同步電壓uV的一個(gè)周期內(nèi)，V7的集電極輸出兩個(gè)相位差180°的脈沖。在uV的正半周，V1導(dǎo)通，A點(diǎn)為低電位，B點(diǎn)為高電位，使V8截止，V12導(dǎo)通。V12的導(dǎo)通使VDW5截止，由V13、V14、V15組成的放大電路無脈沖輸出。V8的截止使VDW3導(dǎo)通，V7集電極的脈沖經(jīng)V9、V10、V11組成的電路放大后由①腳輸出。同理可知，在uV的負(fù)半周，V8導(dǎo)通，V12截止，V7的正脈沖經(jīng)V13、V14、V15組成的電路放大后由15腳輸出。

KC04的第13腳為脈沖列調(diào)制端，14腳為脈沖封鎖控制端。在KC04的基礎(chǔ)上采用四級(jí)晶閘管作脈沖記憶就構(gòu)成了改進(jìn)型產(chǎn)品KC09。KC09與KC04可以互換，但KC04提高了抗干擾能力和觸發(fā)脈沖的前沿陡度，脈沖調(diào)節(jié)范圍也增大了。當(dāng)前65頁，總共87頁。2.4.2六路雙脈沖發(fā)生器KC41C

三相全控橋式整流電路要求用雙窄脈沖觸發(fā)，即用兩個(gè)間隔60°的窄脈沖去觸發(fā)晶閘管。產(chǎn)生雙脈沖的方法有兩種，一種是每個(gè)觸發(fā)電路在每個(gè)周期內(nèi)只產(chǎn)生一個(gè)脈沖，脈沖輸出電路同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)橋臂的晶閘管，這叫外雙脈沖觸發(fā)；另一種是每個(gè)觸發(fā)電路在一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)發(fā)出兩個(gè)相隔60°的窄脈沖，脈沖輸出電路只觸發(fā)一個(gè)晶閘管，這稱為內(nèi)雙脈沖觸發(fā)。內(nèi)雙脈沖觸發(fā)是目前應(yīng)用最多的一種觸發(fā)方式。當(dāng)前66頁，總共87頁。圖2-16KC41C原理圖及其外部接線圖(a)原理圖；(b)外部接線圖當(dāng)前67頁，總共87頁。圖2-17KC04與KC41C組成的全控橋觸發(fā)電路當(dāng)前68頁，總共87頁。圖2-18KC41C各輸出點(diǎn)的波形當(dāng)前69頁，總共87頁。

在晶閘管裝置中，送到主電路各晶閘管的觸發(fā)脈沖與其陽極電壓之間保持正確的相位關(guān)系，關(guān)系到裝置能否正常工作。觸發(fā)脈沖必須在晶閘管陽極電壓為正的區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)，晶閘管才能被觸發(fā)導(dǎo)通。鋸齒波同步觸發(fā)電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的時(shí)刻由接到觸發(fā)電路的同步電壓uT定位，由控制電壓UK、偏移電壓UP的大小來產(chǎn)生移相。這就是說，必須根據(jù)被觸發(fā)晶閘管的陽極電壓相位正確供給觸發(fā)電路特定相位的同步電壓uT，以使觸發(fā)電路在晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時(shí)刻輸出脈沖。這種正確選擇同步電壓相位以及得到不同相位的同步電壓的方法，稱為晶閘管裝置的同步或定相。2.4.3觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步

當(dāng)前70頁，總共87頁。

每個(gè)觸發(fā)電路的同步電壓uT與被觸發(fā)晶閘管的陽極電壓應(yīng)該有什么樣的相位關(guān)系呢？這取決于主電路形式、觸發(fā)電路形式、負(fù)載性質(zhì)、移相范圍要求等幾個(gè)方面。例如，主電路為圖2-19所示的三相半波可控整流電路，而觸發(fā)電路采用圖2-14所示的鋸齒波同步觸發(fā)電路，選用15腳輸出的脈沖，即圖2-15中uc15的波形，整流電路的移相范圍要求180°。因?yàn)殇忼X波底寬最高能達(dá)到240°，考慮到兩端充放電時(shí)間的非線性，故取30°～210°作為控制角α=0°～180°的移相區(qū)間。當(dāng)前71頁，總共87頁。圖2-19主電壓與同步電壓的相位關(guān)系當(dāng)前72頁，總共87頁。

以a相晶閘管V1為例，α=0°時(shí)，觸發(fā)電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖應(yīng)對(duì)準(zhǔn)a相電壓的自然換流點(diǎn)，即對(duì)準(zhǔn)相電壓ua的30°時(shí)刻。而觸發(fā)脈沖正好就在鋸齒波的充電過程中即上升的直線段產(chǎn)生，因此，鋸齒波的起點(diǎn)正好是相電壓ua的上升過零點(diǎn)，而uc15的脈沖是在同步電源uTa的負(fù)半周產(chǎn)生的，這樣控制鋸齒波電壓的同步電壓uTa應(yīng)與晶閘管陽極電壓ua相位上相差180°，就可獲得與主電路a相電源同步的觸發(fā)脈沖。同理，uTb與ub、uTc與uc也應(yīng)在相位上互差180°。三個(gè)觸發(fā)電路的同步電壓應(yīng)選取為-ua、-ub和-uc。當(dāng)前73頁，總共87頁。

那么如何獲得上述的同步電壓呢？晶閘管裝置通過同步變壓器的不同連接方式再配合阻容移相，得到特定相位的同步電壓。三相同步變壓器有24種接法，可得到12種不同相位的次級(jí)電壓，通常形象地用鐘點(diǎn)數(shù)來表示各相的相位關(guān)系，這在電機(jī)拖動(dòng)中討論過。由于同步變壓器次級(jí)電壓要分別接至各觸發(fā)電路，需要有公共接地端，所以同步變壓器次級(jí)繞組采用星形連接，即同步變壓器只能有Y/Y、△/Y兩種形式的接法。實(shí)現(xiàn)同步就是確定同步變壓器的接法，具體步驟是：

(1)根據(jù)主電路形式、觸發(fā)電路形式與移相范圍來確定同步電壓uT與對(duì)應(yīng)的晶閘管陽極電壓之間的相位關(guān)系。當(dāng)前74頁，總共87頁。

(2)根據(jù)整流變壓器TR的實(shí)際連接或鐘點(diǎn)數(shù)，以電網(wǎng)某線電壓作參考矢量，畫出整流變壓器次級(jí)電壓，也就是晶閘管陽極電壓的矢量。再根據(jù)步驟(1)所確定的同步電壓與晶閘管陽極電壓的相位關(guān)系，畫出同步相電壓與同步線電壓矢量。

(3)根據(jù)同步變壓器次級(jí)線電壓矢量位置，確定同步變壓器的鐘點(diǎn)數(shù)和連接法。按照上述步驟實(shí)現(xiàn)同步時(shí)，為了簡(jiǎn)化步驟，只要先確定一只晶閘管觸發(fā)電路的同步電壓，然后對(duì)比其它晶閘管陽極電壓的相位順序，依序安排其余觸發(fā)電路的同步電壓即可。當(dāng)前75頁，總共87頁。例2-1

三相全控橋式整流電路，整流變壓器TR為△/Y-5接法。采用圖2-14鋸齒波同步觸發(fā)電路。電路要求工作在整流與逆變狀態(tài)。同步變壓器TB次級(jí)電壓uT’

經(jīng)阻容濾波后變?yōu)閡T’

再送至觸發(fā)電路，uT’

滯后uT30°。試確定同步變壓器TB的接線。

當(dāng)前76頁，總共87頁。解（1）要求電路工作在整流與逆變狀態(tài)，表明移相范圍為180°。因?yàn)殇忼X波底寬接近240°，故取30°～210°作為α=0°～180°的移相區(qū)間，鋸齒波的30°處應(yīng)對(duì)應(yīng)陽極電壓30°處,即控制鋸齒波電壓的同步電壓uT’

應(yīng)與陽極電壓反相。對(duì)晶閘管V1，其觸發(fā)電路的同步電壓uTa’

應(yīng)滯后陽極電壓ua18