三相桥式整流课件.ppt

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1、1概述概述vACDC变换电路是能够直接直接将交流电能转换为直流电能的电路，泛称整流电路整流电路。一、整流电路的分类一、整流电路的分类v自本世纪20年代迄今已经历了以下几个发展阶段： 第一阶段：旋转式变流机组（电动机发电机组）； 第二阶段：静止式离子整流器； 第三阶段：静止式半导体整流器； 低频整流电路高频整流电路2n 旋转式变流机组和静止式离子整流器的技术经济性能均不及半导体整流器，因而在世界范围内已为后者所取代。n 静止式半导体整流器，按照电路中变流器件的开关频率不同，所有的半导体变流电路可划分力低频低频和高频高频两大类。 对于整流电路而言，前者是指传统相控式整流电路相控式整流电路，是所有半

2、导体变流电路中历史最久，技术最成熟，应用也最广泛的一种电路， 后者是指最近才发展起来的斩控式（斩控式（PWM）整流电路）整流电路，是所有半导体变流电路中历史最短的一种电路，是斩波控制方式和高频自关断器件发展的技术产物。3整流电路的分类整流电路的分类4三相桥式全控整流电路v三相全桥的特点三相全桥的特点： 应用最为广泛. 三相桥式全控整流电路与三相半波电路相比，输出整流电压提高一倍，输出电压的脉动较小、变压器利用率高且无直流磁化问题。 由于在整流装置中，三相桥电路晶闸管的最大失控时间只为三相半波电路的一半，故控制快速性较好，因而在大容量负载供电、电力拖动控制系统等方面获得广泛的应用。5一、共阴极三

3、相半波可控整流电路v（一）电阻负载（一）电阻负载 v 1.电路电路v 图3-19 三相半波可控整流电路v 三相半波可控整流电路如图3-19所示。为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧为避免3次谐波流入电源接成三角形。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，它们的阴极连接在起，称为共阴极接法共阴极接法，这种接法触发电路有公共端，连线方便。 图3-19 三相半波可控整流电路abcTRudiV T2V T1V T3d6二、共阳极三相半波可控整流电路v1.电路电路 共阳极电路共阳极电路，即将三个晶闸管的阳极连在一起，其阴极分别接变压器三相绕组，变压器的零线作为输出电压的正端，晶闸管共阳根端作为输

4、出电压的负端，如图2-26所示。 这种共阳极电路接法，对于螺栓型晶闸管的阳根可以共用散热器，使装置结构简化；但三个触发器的输出必须彼此绝缘。 abcTRLudidV T1V T2V T3图3-26 三相半波可控整流电路7v 从三相半波可控整流电路原理知，共阴极电路工作时，变压器每相绕组中流过正向电流，共阳极电路工作时，每相绕组流过反向电流，为了提高变压器利用率，将共阴极组电路和共阳极组电路输出串联，并接到变压器次级绕组上，如图2-17所示。abcTR/2VT4VT6VT2VT1VT3VT5L/2R/2L/2nId1Id2oIo bacTni2aidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d

5、1RLv 如果两组电路负载对称，控制角相同，则它们输出电流平均值Id1与Id2相等，零线中流过的电流为零，去掉零线，不影响电路工作，就成为三相桥式全控整流电路，如图2-17所示。v 在三相桥式电路中的变压器绕组中，一个周期里既流过正向电流，又流过反向电流，提高了变压器的利用率，且直流磁势相互抵消，避免了直流磁化。8v 由于三相桥式整流电路是两组三相半波整流电路的串联，因此输出电压是三相半波的两倍。当输出电流连续时： v 由于变压器规格并末改变，整流电压却比三相半波时大一倍，因此输出功率加大一倍。变压器利用率提高了，而晶闸管的电流定额不变。在输出整流电压相同的情况下，三相桥式晶闸管的电压定额可以

6、比三相半波电路的晶闸管低一半。 222 1.17cos2.34cosdUUU9 共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）； 共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）； 请注意编号顺序：1、3、5和4、6、2，一般不特别说明，均采用这样的编号顺序。 由于零线平均电流为零，所以可以不用零线。 对于每相二次电源来说，一个工作周期中，即有正电流，也有负电流，所以不存在直流磁化问题，提高了绕组利用率。bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1图2-17三相桥式全控整流电路原理图10(一) 带电阻负载时的工作情况1.工作原理和波形分析：工

7、作原理和波形分析：(1) =0 时的情况时的情况 对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通； 对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通； 任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个SCR处于导通状态。其余的SCR均处于关断状态。 触发角的起点，仍然是从自然换相点开始计算，注意正负方向均有自然换相点。u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuac uaucubt1OtOtOtOt= 0iVT1uVT1图2-18三相桥式全控整流电路带电阻负载 =0时的波形 动画动画1

8、1从线电压波形看从线电压波形看， u ud d为线电压中最大的一个，因此u ud d波形为线电压的包络线。 表表3-1 三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻负载 =0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况时 段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb动画动画12三相桥式全控整流电路的特点：三相桥式全控整流电路的特点：（1)两个SCR同时通形成供电回路，其中共阴极组

9、和共阳极组各有一个SCR导通，且不能为同相的两个SCR（否则没有输出）。（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60；共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120；同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。动画动画13（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，所以三相全桥电路称为6脉波整流电路；（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲：可采用两种方法：一种是宽脉冲触发(大于600) 另一种是双脉冲触发（常用）：在Ud的六个时间段，均给应该导通的

10、SCR提供触发脉冲，而不管其原来是否导通。所以每隔600就需要提供两个触发脉冲。 实际提供脉冲的顺序为：1,2 - 2,3 - 3,4 - 4,5 - 5,6 - 6,1 - 1,2，不断重复。 （5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同， 晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同为：2RMFM45. 2UUU动画动画143) =30时的工作情况(波形图）晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成ud的每一段线电压因此推迟30；从t1开始把一周期等分为6段，ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表2-1的规律；变压器二次侧电流ia波形的特点：在VT1处于通态的120期间，ia为正，i

11、a波形的形状与同时段的ud波形相同，在VT4处于通态的120期间，ia波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负值。动画动画154) =60时工作情况 ud波形中每段线电压的波形继续后移，ud平均值继续降低。 =60时ud出现为零的点。 （因为在该点处，线电压为零）= 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtt1OtOtuVT1图3-31 三相桥式全控整流电路带电阻负载 =60时的波形 动画动画165) 当 60时，如 =90时电阻负载情况下的工作波形如图3-32所示：ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaid

12、uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1图3-32 三相桥式全控整流电路带电阻负载 =90时的波形 动画动画176) 小结v当 60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形一样，也连续；v当 60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值；v带电阻负载时三相桥式全控整流电路 角的移相范围是120动画动画182.定量计算 v 由于=60是输出电压Ud波形连续和断续的分界点,输出电压平均值应分两中情况计算v(1) 60222616sin() ()2.34cos/36dUUtdtU5622616sin() ()2.341 cos()/363dUUtd

13、tU19三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电(即用于直流电机传动)，下面主要分析阻感负载时的情况，对于带反电动势阻感负载的情况，只需在阻感负载的基础上掌握其特点，即可把握其工作情况1.工作原理及波形分析工作原理及波形分析 1) 60 时时v ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样；v 区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。电感性负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。(二二)阻感负载时的

14、工作情况阻感负载时的工作情况20ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOua= 0ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuac iVT1ud1= 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc图3-33 三相桥式全控整流电路带电感性负载 =0时的波形图3-34 三相桥式全控整流电路带电感性负载 =30时的波形212) 60 时时 电感性负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时ud波形不会出现负的部分，而电感性负载时，由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分； 带电感性负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为90

15、 。 因为在 90 时，Ud波形上下对称，平均值为零。= 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT1图3-35 三相桥式整流电路带电感性负载， =90时的波形 动画动画22(1)当整流输出电压连续时（即带电感性负载时，或带电阻负载当整流输出电压连续时（即带电感性负载时，或带电阻负载60 时）的平均值为：时）的平均值为： 带电阻负载且带电阻负载且 60 时，整流电压平均值为时，整流电压平均值为： （2）输出电流平均值为）输出电流平均值为 ：Id=Ud /Rcos34.2)(sin63123232dUttdUU)3co

16、s(134.2)(sin63232dUttdUU2.2.定量计算定量计算23v 平均值： v 有效值：v (3)晶闸管承受的最大反压：（4）当整流变压器采用星形接法，带电感性负载时，变压器二次侧电流波形，为正负半周各宽120、前沿相差180的矩形波，其有效值为： 2311()23dVTddII dtI2121233VTddIII22236UUdd2d2d2816. 03232)(3221IIIII24(5)功率因数： 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。 三相桥式全控整流电路接反电势电感性负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电

17、压、电流波形均相同，仅在计算Id时有所不同，接反电势电感性负载时的Id为： 式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。REUIdd222 2220.955cos32633dddI RUPI RSU IUUI2526图图2-1 单相半波可控整流电路及波形单相半波可控整流电路及波形TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00（1）在U2的正半周，VT承受正向电压，0t1期间，无触发脉冲，VT处于正向阻断状态，UVTU2，Ud=0;（2） t1以后，VT由于触发脉冲UG的作用而导通，则Ud=U2, UVT=0,Id=U2/R，一直到时刻；（3） 2期

18、间，U2反向，VT由于承受反向电压而关断,UVT=U2,Ud=0。以后不断重复以上过程。27图图2-2 带电感性负载的单相半波电路及其波形带电感性负载的单相半波电路及其波形 a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +28图图2-4 带续流二极管单相半波可控整流电路及波形带续流二极管单相半波可控整流电路及波形a)LTVTRu1u2uVTudVDRidu2udiduVTiVTIdIdt1ttttttOOOOOO - +b)c)d)e)f)g)iVDRiVDR29图图2-5 单相桥式全控整流电路图（纯电阻负载）单相桥式全控整流电

19、路图（纯电阻负载）RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,430图图2-6 单相全控桥带电感性负载时的电路及波形单相全控桥带电感性负载时的电路及波形 TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,431a)b)REidudidOEudtIdOt图图2-7 带反电动势单相桥式全控整流电路图及波形带反电动势单相桥式全控整流电路图及波形32图图2-8 单相桥式全控整流电路带反电动势负载串平波单相桥式全控整流电路带反

20、电动势负载串平波电抗器，电流连续的临界情况电抗器，电流连续的临界情况 Oud0Eidtt=33图图2-10单相桥式半控整流电路，有续流二极管，电感性负载时的电路及波形单相桥式半控整流电路，有续流二极管，电感性负载时的电路及波形a)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdttttttt iVT1iVD4iVT2iVD3iVDR34图图2-11 单相桥式半控整流电路的另一接法单相桥式半控整流电路的另一接法 负载Tu2VD3VD4VT1VT235图图2-10 带续流二极管单相桥式半控整流电路波形图带续流二极管单相桥式半控整流电

21、路波形图 36图图2-9单相全波可控整流电路及波形单相全波可控整流电路及波形a)b)u1TRu2u2i1VT1VT2ududi1OOtt37图图2-12 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及=0 时的波形时的波形 a)b)c)d)e)f)u2uvwTRudidVT2VT1VT3uUuVuW=0Ot1t2t3uGOudOOuuvuuwOiVT1uVT1ttttt38图图2-12 三相半波可控整流电路的波形三相半波可控整流电路的波形u2uaubuc0t1t2t3uG0ud0Ouabuac0iV T1uV T1ttttt39图图2-13 三

22、相半波可控整流电路，电阻负载，三相半波可控整流电路，电阻负载， =30 时的波形时的波形 =30u2uuuvuwOtOtOtOtOtuGuduuvuuwt1iVT1uVT1uac40图图2-14 三相半波可控整流电路，电阻负载，三相半波可控整流电路，电阻负载， =60 时的波形时的波形 tttt=60u2uuuvuwOOOOuGudiVT141图图2-15 三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路Ud/U2与与u的关系的关系 03060901201500.40.81.21.17321/( )Ud/U242图图2-16三相半波可控整流电路，电感性负载时的电路及三相半波可控整流电路，电感性负载时的

23、电路及 =60 时的波形时的波形 abcTRLu2udeLidVT1VT2VT3udiauaubucibiciduacuabuacOtOtOtOtOtOtuVT143图图217 三相桥式全控整流电路原理图三相桥式全控整流电路原理图 bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d144图图2-18三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载 =0 时的波形时的波形 u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubt1OtOtOtOt= 0iVT1uVT145表表

24、2-1 三相桥式全控整流电路电阻负载三相桥式全控整流电路电阻负载 =0 时晶闸管工作情况时晶闸管工作情况时 段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=ucub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb46图图2-19三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载 =30 时的波形时的波形 ud1ud2= 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubuct1uabuacubcubaucaucbuabuacuab

25、uacubcubaucaucbuabuacuVT147图图2-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载 =60 时的波形时的波形 = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtt1OtOtuVT148图图2-21 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载 =90 时的波形时的波形ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT149 图图2-22 三相桥式全控整流电路带电感性负载三相桥式全控整流电路带电感性负

26、载 =0 时的波形时的波形 ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOua= 0ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT150图图2-23 三相桥式全控整流电路带电感性负载三相桥式全控整流电路带电感性负载 =30 时的波形时的波形ud1= 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOidiat1uaubuc51图图2-24 三相桥式整流电路带电感性负载，三相桥式整流电路带电感性负载， =90 时的波形时的波形 = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT152