電力電子技術(shù)及應(yīng)用 課件 第3章 三相整流電路

3.1三相半波整流電路

3.2三相橋式整流電路3.1三相半波整流電路3.1.1三相半波不可控整流電路三相半波不可控整流電路由3個二極管VD1、VD2、VD3，變壓器，電阻負載R構(gòu)成，如圖3.1所示，變壓器一次側(cè)為三角形接法，二次側(cè)為星形接法，圖中僅畫出變壓器二次側(cè)，二極管的接法為共陰極接法，二極管的陰極連接在一起，在這種情況下，若a、b、c三相電中哪一相電壓最大，則該相所對應(yīng)的二極管導(dǎo)通。本電路將分析電阻負載R兩端電壓ud，流過電阻負載R的電流id，流過二極管VD1、VD2、VD3的電流iVD1、iVD2、iVD3以及二極管VD1兩端的電壓uVD1的情況。30°～390°之間的波形，后續(xù)電路重復(fù)該區(qū)間的工作狀態(tài)及波形，最終得出的電阻負載R兩端電壓ud、流過電阻負載R的電流id、流過二極管VD1的電流iVD1、二極管兩端電壓uVD1的波形如圖3.2所示，圖中所示為電路已經(jīng)穩(wěn)定工作一段時間后的波形圖，因此在相位0°～30°之間也有相應(yīng)波形。與共陰極接法相對應(yīng)的還有共陽極接法，如圖3.3所示，圖中標注的電壓、電流方向為正方向，并不是電壓和電流實際的工作方向。三個二極管的陽極端連接在一起，此刻，a、b、c三相電中哪一相電壓最小，該相所對應(yīng)的二極管導(dǎo)通，因為此刻該相的二極管承受正向電壓，另外兩相中的二極管承受反向電壓，處于關(guān)斷狀態(tài)。三相半波不可控整流電路(共陽極接法)電阻負載上的電壓ud、流過二極管VD1的電流iVD1波形如圖3.4所示。3.1.2三相半波可控整流電路(帶電阻負載)將三相半波不可控整流電路(共陰極接法)中的3個二極管替換為3個晶閘管VT1、VT2、VT3即可得到三相半波可控整流電路(帶電阻負載)，如圖3.5所示。在三相半波不可控整流電路(共陰極接法)中，二極管VD1在30°～150°的區(qū)間內(nèi)承受正向電壓，VD2在150°～270°的區(qū)間內(nèi)承受正向電壓，VD3在270°～390°的區(qū)間內(nèi)承受正向電壓。當將二極管替換為晶閘管時，可推得，晶閘管VT1承受正向電壓的起始時刻是30°，晶閘管VT2承受正向電壓的起始時刻是150°，晶閘管VT3承受正向電壓的起始時刻是270°。因此，當晶閘管控制角α取值為30°時，VT1管的門極觸發(fā)脈沖施加在相位60°處，VT2管的門極觸發(fā)脈沖施加在相位180°處，VT3管的門極觸發(fā)脈沖施加在相位300°處。本次電路分析相位上60°～420°(即一個周期)中電阻負載R兩端電壓ud、流過晶閘管VT1的電流iVT1以及晶閘管VT1兩端的電壓uVT1的波形，控制角α取值為30°。電阻負載R兩端電壓ud、流過晶閘管VT1的電流iVT1波形如圖3.6所示。本次分析的是電路從原始關(guān)斷狀態(tài)到正常工作狀態(tài)，因此0°～60°的區(qū)間中無電壓、電流波形顯示。三相半波可控整流電路(帶電阻負載)控制角α取值范圍為0°～150°。當控制角α取值范圍在0°～30°時，整流輸出電壓ud的波形連續(xù)；當控制角α取值范圍在30°～150°時，整流輸出電壓ud的波形斷續(xù)。因此計算整流輸出電壓平均值分為兩種情況。(1)當α取值范圍在0°～30°時：(2)當α取值范圍在30°～150°時：3.1.3三相半波可控整流電路(帶電阻電感負載)三相半波可控整流電路(帶電阻電感負載)由變壓器、晶閘管、電阻電感負載組成，如圖3.7所示。該電路由于帶電阻電感負載RL，所以工作時輸出的波形和僅僅帶電阻負載時有區(qū)別，本次電路將分析一個周期內(nèi)(90°～450°)，控制角α取值為60°時，電阻電感負載兩端電壓ud的波形情況。VT1、VT2、VT3承受正向電壓的起始時刻分別為30°、150°、270°，因此當α取值為60°時，三個晶閘管的門極觸發(fā)脈沖分別施加在90°、210°、330°。三相半波可控整流電路(帶電阻電感負載)輸出的波形如圖3.8所示。本次分析的是電路從原始關(guān)斷狀態(tài)到正常工作狀態(tài)，因此0°～90°的區(qū)間中無電壓、電流波形顯示。當晶閘管的控制角α取值為90°時，電阻電感負載兩端電壓ud波形中，正半周的面積和負半周的面積相等，即輸出電壓ud平均值為0?V，因此，可得三相半波可控整流電路(帶電阻電感負載)控制角α的取值范圍為0°～90°。由于該帶電阻電感負載電路工作時，輸出電壓ud的波形一直連續(xù)，因此可以計算得出輸出電壓的平均值公式為：3.2三相橋式整流電路3.2.1三相橋式不可控整流電路三相橋式不可控整流電路由變壓器、6個二極管VD1～VD6、電阻負載R組成，如圖3.9所示，圖中僅標出變壓器二次側(cè)。在該電路中VD1、VD3、VD5組成共陰極組，這3個二極管的陽極分別接至a相、b相、c相，在運行過程中，哪一相的電壓最大，則該相所對應(yīng)的二極管導(dǎo)通；VD4、VD6、VD2組成共陽極組，而這3個二極管的陰極分別接至a相、b相、c相，哪一相的電壓最小，哪一相就導(dǎo)通。由圖3.6中三相電的波形u2可得在0°～30°的區(qū)間內(nèi)，c相電壓最大；在30°～150°的區(qū)間內(nèi)，a相電壓最大；在150°～270°的區(qū)間內(nèi)，b相電壓最大；在270°～390°的區(qū)間內(nèi)，c相電壓最大；后續(xù)相位區(qū)間可繼續(xù)判斷觀測哪一相位電壓最大。接著觀察相位電壓最小的區(qū)間，在0°～90°的區(qū)間內(nèi)，b相電壓最??；在90°～210°的區(qū)間內(nèi)，c相電壓最小；在210°～330°的區(qū)間內(nèi)，a相電壓最小；330°～450°的區(qū)間內(nèi)，b相電壓最小。根據(jù)上述分析可以觀測不同區(qū)間哪一相電壓最大，哪一相電壓最小，并由此判斷各個二極管的通斷情況，分析電阻負載R兩端的電壓ud、流過VD1的電流iVD1、VD1兩端的電壓uVD1。三相橋式不可控整流電路電阻負載R兩端的電壓ud、流過VD1的電流iVD1、VD1兩端的電壓uVD1的波形如圖3.10所示。3.2.2三相橋式全控整流電路(帶電阻負載)三相橋式全控整流電路(帶電阻負載)由變壓器、6個晶閘管VT1～VT6、電阻負載R構(gòu)成，如圖3.11所示。二極管VD1在區(qū)間30°～150°承受正向電壓、VD2在區(qū)間90°～210°承受正向電壓、VD3在區(qū)間150°～270°承受正向電壓、VD4在區(qū)間210°～330°承受正向電壓、VD5在區(qū)間270°～390°承受正向電壓、VD6在區(qū)間?-30°～90°承受正向電壓。當將圖3.9中二極管都替換為晶閘管時，便組成三相橋式全控整流電路(帶電阻負載)，由此可以推得晶閘管VT1從30°開始承受正向電壓，VT2從90°開始承受正向電壓，VT3從150°開始承受正向電壓，VT4從210°開始承受正向電壓，VT5從270°開始承受正向電壓，VT6從?-30°開始承受正向電壓。當控制角α的取值為30°時，VT1的脈沖施加時刻為60°、VT2的脈沖施加時刻為120°、VT3的脈沖施加時刻為180°、VT4的脈沖施加時刻為240°、VT5的脈沖施加時刻為300°、VT6的脈沖施加時刻為0°。由以上分析便可得出每個晶閘管導(dǎo)通的區(qū)間，該電路將分析電阻負載兩端電壓ud、流過晶閘管VT1的電流iVT1、晶閘管VT1兩端電壓uVT1的波形。共陰極組晶閘管VT1、VT3、VT5的導(dǎo)通情況總結(jié)如表3.1所示，后續(xù)周期共陰極組重復(fù)上述區(qū)間內(nèi)的工作情況。對共陽極組VT2、VT4、VT6而言，控制角的取值為30°時，共陽極組晶閘管VT2、VT4、VT6的導(dǎo)通情況總結(jié)如表3.2所示，后續(xù)周期共陽極組重復(fù)上述區(qū)間內(nèi)的工作情況。根據(jù)上述分析，VT1～VT6每個晶閘管導(dǎo)通的區(qū)間確定，結(jié)合表3.1和表3.2可分析電路中電流的流通情況，得到電阻負載兩端電壓ud、流過晶閘管VT1的電流iVT1、晶閘管VT1兩端電壓uVT1的波形。本次電路分析60°～420°區(qū)間內(nèi)的波形情況(即一個周期)，門極觸發(fā)脈沖控制角的取值為30°。三相橋式全控整流電路(帶電阻負載)工作情況如表3.3所示和輸出波形如圖3.12所示。當門極觸發(fā)脈沖控制角α取值為120°時，電阻負載兩端電壓ud波形變?yōu)?。由此可得，三相橋式全控整流電路(帶電阻負載)控制角α的移相范圍是0°～120°。當控制角α取值范圍在0°～60°時，輸出電壓ud波形連續(xù)；當控制角α取值范圍在60°～120°時，輸出電壓ud波形斷續(xù)。因此輸出電壓ud的計算方式有兩種。(1)當控制角α取值范圍在0°～60°時：(2)當控制角α取值范圍在60°～120°時：3.2.3三相橋式全控整流電路(帶電阻電感負載)三相橋式全控整流電路(帶電阻電感負載)的結(jié)構(gòu)如圖3.13所示，由變壓器、晶閘管、電阻電感負載組成。該電路中由于存在電感L，起到續(xù)流的作用，因此會一定程度上影響晶閘管關(guān)斷的時刻，對電路的工作情況造成改變。當控制角的取值小于等于60°時，電阻負載兩端電壓波形ud連續(xù)，如果此刻將R負載替換為RL負載，電感L不會起到改變ud波形的作用。因此當α≤60°時，三相橋式全控整流電路帶R負載和RL負載的輸出電壓ud的波形一致；當α＞60°時，電感L起到續(xù)流導(dǎo)通的作用，改變ud波形，輸出電壓u