【正文】 三相橋式全控整流電路的設(shè)計與分析 1 緒論 電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和交流技術(shù) （整流、逆變、斬波、變頻、變相等）兩個分支。它是建立在電子學、電工原理和自動控制三大學科上的新興學科。因它本身是大功率的電技術(shù)，又大多是為應用強電的工業(yè)服務的，故常將它歸屬于電工類。電力電子技術(shù)的內(nèi)容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。 整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種 ，它將交流電變?yōu)橹绷麟姽┙o直流用電設(shè)備，應用十分廣泛。例如直流電動機、電鍍、電解電源、同步發(fā)電機勵磁、通信系統(tǒng)電源等。 整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。 20 世紀 70 年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離（可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響）。 整流電路的種類有很多， 有半波整流電路、 單相 橋式 半控整流 電路 、單相橋式全控整流電路、三相橋式半控整流電路、三相橋式全控整流電路 等。 當整流負載容量較大或要求直流電壓脈沖較小時應采用三相整流電路，其交流測由三相電源供電。 本設(shè)計要求整流電路帶 直流電機負載 ，希望獲得的直流電壓脈沖較小，所以用三相全控整流比較合理。 三相橋式全控整流電路的設(shè)計與分析 2 1 晶閘管的工作原理 晶閘管組成的實際電路如圖 11 所示 ： KAG0U aUR 圖 11 晶閘管組成的實際電路 為了說明晶閘管的工作原理，可將其看成 NPN 和 PNP 兩個三極管相連，用三極管的符號來表示晶閘管的等效電路，如圖 12（ a） 所示 ,其工作過程如圖 12（ b）所示。 AGK1P21NJ23J2N aUgU2T1TRab 圖 12 晶閘管的等效電路 三相橋式全控整流電路的設(shè)計與分析 3 當晶閘管的陽極 A 和陰極 K 之間加正向電壓 UZ 而控制極 K 不加電壓時，中間的 PN結(jié)處于反向偏置，管子不導通，處于關(guān)斷狀態(tài)。當晶閘管的陽極 A 和陰極 K 之間加正向電壓 UA，且控制極 G 和陰極 K 之間也加正向電壓 UG 時，外層靠下的 PN 結(jié)處于導通狀態(tài)。若 V2 管的基極電流為 IB2，則集電極電流 Ic2 為 β2IB2， V1 管的基極電流 IB1 等于 Vz 管的集電極電流，因而 V2 的集電極電流 Icl 為 βlβ2如，該電流又作為 V2 管的基極電流，再一次進行上述的放大過程，形成正反饋。在很短的時間（一般幾微秒）兩只二極管均進入飽和狀態(tài)，使晶閘管完全 導通。當晶閘管完全導通后，控制極就失去了控制作用，管子依靠內(nèi)部的正反饋始終維持導通狀態(tài)。此對管子壓降很小，一般為 0. 6～ V，電源電壓幾乎全部加在負載電阻 R 上，晶閘管中有電流流過，可達幾十至幾千安。要想關(guān)斷晶閘管，必須將陽極電流減小到不能維持正反饋過程，當然也可以將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極之間加一反向電壓。 綜上所述，可得如下結(jié)論： ①晶閘管與硅整流二極管相似，都具有反向阻斷能力，但晶閘管還具有正向阻斷能力，即晶閘管正向?qū)ū仨毦哂幸欢ǖ臈l件：陽極加正向電壓，同時控制極也加正向觸發(fā)電壓（ 實際工作中，控制極加正觸發(fā)脈沖信號）。 ②晶閘管一旦導通，控制極即失去控制作用。要使晶閘管重新關(guān)斷，必須做到以下兩點之一：一是將陽極電流減小到小于維持電流 IH；二是將陽極電壓減小到零或使之反向。 圖 13 晶閘管的伏安特性 三相橋式全控整流電路的設(shè)計與分析 4 2 主電路設(shè)計及原理 三相橋式全控整流電路的原理 一般變壓器一次側(cè)接成三角型，二次側(cè)接成星型，晶閘管分共陰極和共陽極。一般 5 為共陰極， 6 為共陽極。 （ 1） 2 管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各 1，且不能為同 1 相器件。 （ 2） 對觸發(fā)脈沖的要求： 1)按 VT1VT2VT3VT4VT5VT6 的順序，相位依次差 60?。 2)共陰極組 VT VT VT5 的脈沖依次差 120?，共陽極組 VT VT VT2 也依次差 120?。 3)同一相的上下兩個橋臂，即 VT1 與 VT4， VT3 與 VT6， VT5 與 VT2，脈沖相差 180?。 （ 3） Ud 一周期脈動 6 次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為 6 脈波整流電路。 （ 4） 需保證同時導通的 2 個晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā) 一種是 雙脈沖觸發(fā)（常用） 三相橋式全控整流電路實質(zhì)上是三相 半波共陰極組與共陽極組整流電路的串聯(lián)。在任何時刻都必須有兩個晶閘管導通才能形成導電回路，其中一個晶閘管是共陰極組的，另一個晶閘管是共陽組的。 6 個晶閘管導通的順序是按 VT6 – VT1 → VT1 – VT2 → VT2 – VT3 → VT3 – VT4 → VT4 – VT5 → VT5 – VT6 依此循環(huán)，每隔 60 176。有一個晶閘管換相。為了保證在任何時刻都必須有兩個晶閘管導通，采用了雙脈沖觸發(fā)電路，在一個周期內(nèi)對每個晶閘管連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖前沿的間隔為 60 176。三相橋式全控整流電路原理圖 如右圖所示。 三相橋式全控整流電路用作有源逆變時，就成為三相橋式逆變電路。由整流狀態(tài)轉(zhuǎn)換到逆變狀態(tài)必須同時具備兩個條件：一定要有直流電動勢源，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓；其次要求晶閘管的 a ＞ 90 176。，使 U d 為負值。 1TV 2TV 3TV4TV 5TV 6TVLR 圖 21 三相橋式全控整流電路 三相橋式全控整流電路的設(shè)計與分析 5 三相全控橋的工作特點 ⑴ 2 個晶閘管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組 各 1 個，且不能為同1 相器件。 ⑵ 對觸發(fā)脈沖的要求： 按 VT1VT2VT3VT4VT5VT6 的順序，相位依次差 。 共陰極 組 VT VT VT5 的脈沖依次差 。 共陽極組 VT V