第三章三相桥式全控整流电路

三相桥式全控整流电路⽬录摘要 (1)1 概述 (2)2 三项桥式全控整流电路 (3)2.1电阻性负载 (3)2.1.1 ⼯作原理 (3)2.2 感性负载 (5)2.2.1 原理 (5)3仿真 (7)3.1 MATLAB 介绍 (7)3.2 电路仿真模型建⽴和参数设置 (8)3.2.1 三相桥式全控整流电路的分析 (8)3.3三相桥式整流电路的仿真 (8)3.3.1 带阻感性负载的仿真 (8)3.4 仿真设置及仿真结果 (14)3.5 带阻感性负载三相桥式全控整流电路的仿真分析 (15)3.6 纯电阻负载三相桥式全控整流电路的仿真 (18)⼩结 (19)参考⽂献 (20)带电阻负载的三相桥式全控整流电路设计摘要整流电路就是把交流电能转换成直流电能的电路。

⼤多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器组成。

它在直流电机的调速、发电机的激励调节电解、电镀等领域得到⼴泛应⽤。

整流电路主要有主电路、滤波器、变压器组成。

20世纪70年代以后，主电路多⽤硅整流⼆极管和晶闸管组成。

滤波器接在主电路和负载之间，⽤于滤除波动直流电压中的交流部分。

变压器设置与否视情况⽽定。

变压器的作⽤是实现交流输⼊电压与直流输出电压间的匹配以及交流电⽹与整流电路间的电隔离。

整流电路的种类有很多，半波整流电路、单项桥式半控整流电路、单项桥式全控整流电路、三项桥式半控整流电路、三项桥式全控整流电路。

关键词：整流、变压、触发、电感1 概述在电⼒系统中，电压和电流应是完好的正弦波．但是在实际的电⼒系统中，由于⾮线性负载的影响，实际的电⽹电压和电流波形总是存在不同程度的畸变，给电⼒输配电系统及附近的其它电⽓设备带来许多问题，因⽽就有必要采取措施限制其对电⽹和其它设备的影响。

随着电⼒电⼦技术的迅速发展，各种电⼒电⼦装置在电⼒系统、⼯业、交通、家庭等众多领域中的应⽤⽇益⼴泛，⼤量的⾮线性负载被引⼊电⽹，导致了⽇趋严重的谐波污染．电⽹谐波污染的根本原因在于电⼒电⼦装置的开关⼯作⽅式，引起⽹侧电流、电压波形的严重畸变．⽬前，随着功率半导体器件研制与⽣产⽔平的不断提⾼，各种新型电⼒电⼦变流装置不断涌现，特别是⽤于交流电机凋速传动的变频器性能的逐步完善，为⼯业领域节能和改善⽣产⼯艺提供了⼗分⼴阔的应⽤前景．相关资料表明，电⼒电⼦装置⽣产量在未来的⼗年中将以每年不低于10％的速度递增，同时，由这类装置所产⽣的⾼谐谐波约占总谐波源的70％以上。

1系统概述整流电路是电力电子电路中最早出现的一种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式多种多样，各具特色。

可从各种角度对整流电路进行分类，主要分类方法有：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。

由电力二极管等不可控器件构成的整流电路叫做不可控整流电路，由晶闸管等半控器件构成的整流电路称为半控型整流电路，由门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应晶体管（Power MOSFET）以及绝缘栅双极晶体管（IGBT）等全控型器件构成等的整流电路称为全控整流电路。

按电路结构可分为桥式电路和零式电路。

按交流输入相数分为单相电路和多相电路。

按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。

本系统属于三相桥式全控整流电路，而三相可控整流电路一般有三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路。

三相半波可控整流电路只需要三个晶闸管，若带阻感负载，则只在正半周开通。

三相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次测电流中含直流分量，造成变压器铁心直流磁化。

为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的。

因此，实际中一般不采用半波整流，而采用全波整流。

三相可控整流电路中应用较多的是三相桥式全控整流电路，共六个晶闸管组成三对桥臂。

由于在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，故该电路为全波整流。

在u2一个周期内，整流电压波形脉动6次，脉动次数多于半波整流电路，该电路属于双脉波整流电路。

变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器绕组的利用率也高。

1.1总体方案设计现要设计一三相桥式半控整流电路，带直流电动机负载，电压调节范围为0～220V。

整个系统可分为主电路和触发电路两部分，总体结构框图如下图1所示：1.2系统工作原理在系统主电路中，首先由主变压器将电网电压变换为需要的交流电压，接着由整流桥将交流电转化为直流电供给直流电动机负载。

1系统概述整流电路是电力电子电路中最早出现的一种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式多种多样，各具特色。

可从各种角度对整流电路进行分类，主要分类方法有：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。

由电力二极管等不可控器件构成的整流电路叫做不可控整流电路，由晶闸管等半控器件构成的整流电路称为半控型整流电路，由门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应晶体管（Power MOSFET）以及绝缘栅双极晶体管（IGBT）等全控型器件构成等的整流电路称为全控整流电路。

按电路结构可分为桥式电路和零式电路。

按交流输入相数分为单相电路和多相电路。

按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。

本系统属于三相桥式全控整流电路，而三相可控整流电路一般有三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路。

三相半波可控整流电路只需要三个晶闸管，若带阻感负载，则只在正半周开通。

三相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次测电流中含直流分量，造成变压器铁心直流磁化。

为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的。

因此，实际中一般不采用半波整流，而采用全波整流。

三相可控整流电路中应用较多的是三相桥式全控整流电路，共六个晶闸管组成三对桥臂。

由于在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，故该电路为全波整流。

在u2一个周期内，整流电压波形脉动6次，脉动次数多于半波整流电路，该电路属于双脉波整流电路。

变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器绕组的利用率也高。

1.1总体方案设计现要设计一三相桥式半控整流电路，带直流电动机负载，电压调节范围为0～220V。

整个系统可分为主电路和触发电路两部分，总体结构框图如下图1所示：1.2系统工作原理在系统主电路中，首先由主变压器将电网电压变换为需要的交流电压，接着由整流桥将交流电转化为直流电供给直流电动机负载。

1主电路的原理主电路其原理图如图1所示;图1 三相桥式全控整理电路原理图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;从后面的分析可知,按此编号,晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6;主电路原理说明整流电路的负载为带反电动势的阻感负载;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;图2 反电动势α=0o时波形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;由于负载端接得有电感且电感的阻值趋于无穷大,电感对电流变化有抗拒作用;流过电感器件的电流变化时,在其两端产生感应电动势Li,它的极性事阻止电流变化的;当电流增加时,它的极性阻止电流增加,当电流减小时,它的极性反过来阻止电流减小;电感的这种作用使得电流波形变得平直,电感无穷大时趋于一条平直的直线;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;表1三相桥式全控整流电路电阻负载α=0o时晶闸管工作情况图3 给出了α=30o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,由于大电感的作用,ia波形的形状近似为一条直线,在VT4处于通态的120o期间,ia波形的形状也近似为一条直线,但为负值;图3 α=30o时的波形由以上分析可见,当α≤60o时,u d波形均连续,对于带大电感的反电动势,i d波形由于电感的作用为一条平滑的直线并且也连续;当α＞60o时,如α＝90o时电阻负载情况下的工作波形如图4所示,ud平均值继续降低,由于电感的存在延迟了VT的关断时刻,使得ud的值出现负值,当电感足够大时,ud中正负面积基本相等,ud平均值近似为零;这说明带阻感的反电动势的三相桥式全控整流电路的α角的移相范围为90度;图4α＝90o时的波形2各参数的计算输出值的计算三相桥式全控整流电路中,整流输出电压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;此外,因为所以电压输出波形是连续的,以线电压的过零点为时间坐标的零点,可得整流输出电压连续时的平均值为;4-1输出波形的分析时的输出波形如图11所示;图11 整流电路的输出波形如图11所示,从ωt1时刻开始把一个周期等分为6份,在Wt1时刻共阴极组VT1晶闸管接受到触发信号导通,此时阴极输出电压Ud1为幅值最大的a相相电压；到Wt2时刻下一个触发脉冲到来,此时a相输出电压降低,b相输出电压升高,于是阴极输出电压变为b相相电压；到Wt3时刻第三个脉冲到来,晶闸管VT1关断而晶闸管VT2导通,输出电压为此时最高的c相相电压；重复以上步骤,即共阴极组输出电压Ud1为在正半周的包络线;共阳极组中输出波形原理与共阴极组一样,只是每个触发脉冲比阴极组中脉冲相差180度;6个时段的导通次序如表1所示一样,只是Wt1从零时刻往后推迟30度而已;这样就得出最后输出整流电压为共阴极组输出电压与共阳极组输出电压的差即Ud=Ud1-Ud2 4-9而由于电路中大电感L的作用,输出的电流为近似平滑的一条直线;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,由于大电感的作用,ia波形的形状近似为一条直线,在VT4处于通态的120o期间,ia波形的形状也近似为一条直线,但为负值;3逆变逆变原理图如图12所示;图12逆变原理图如图12所示,当电机M工作时,调节整流电路的触发角α使α<90°,这时候整流电路工作在整流状态,三相交流点存储装置向M供电使M工作在电动状态,电能转换为动能带动汽车行驶;当电机M能量过剩时时,调节α角使α>90°,使输出直流电压Ud平均值为负值,且|Em|>|Ud|,这时候整流电路工作在逆变状态,电机M的过剩能量装换为电能,M向三相交流电存储装置输送电流,三相交流电存储装置接受并存储电能;。

三相桥式全控整流回路的原理在电力系统中，整流是将交流电转换为直流电的过程。

而全控整流则是通过控制整流电路中的晶闸管，实现对输出电压的精确控制。

三相桥式全控整流回路是一种常见的全控整流电路，通过合理地组合三相桥式整流电路和晶闸管触发控制电路，在保证电路正常工作的前提下，实现对输出电压的可控性。

三相桥式全控整流回路由三相桥式整流电路和晶闸管触发控制电路组成。

在三相桥式整流电路中，通过六个二极管和六个晶闸管将输入的三相交流电转换为直流电。

而晶闸管触发控制电路则通过控制晶闸管的导通角度，来控制输出电压的大小。

在每个半电压周期内，晶闸管都会被触发导通一次，从而实现对输出电压的调节。

三相桥式全控整流回路的工作原理可以简单描述为：首先，三相交流电通过三相桥式整流电路转换为直流电；然后，晶闸管触发控制电路根据控制信号控制晶闸管的导通角度，从而控制输出电压的大小；最后，经过滤波电路过滤后的直流电输出到负载端供电使用。

在实际应用中，三相桥式全控整流回路具有许多优点。

首先，由于采用了全控整流技术，输出电压的稳定性和可控性较好，适用于对输出电压有严格要求的场合。

其次，由于晶闸管的导通角度可调，可以实现电压的调频调相，进一步提高了电路的性能。

此外，三相桥式全控整流回路还具有响应速度快、效率高、寿命长等优点，广泛应用于变频调速、电镀、电焊等领域。

然而，三相桥式全控整流回路也存在一些缺点。

首先，由于晶闸管本身的损耗较大，会导致整流电路的能量损耗较高。

其次，晶闸管的可靠性较差，容易受到温度、电压等因素的影响，需要定期检测和维护。

此外，晶闸管的成本也比较高，会增加整个电路的制造成本。

三相桥式全控整流回路是一种常见的全控整流电路，通过合理地组合三相桥式整流电路和晶闸管触发控制电路，实现对输出电压的可控性。

在实际应用中，三相桥式全控整流回路具有许多优点，但也存在一些缺点。

因此，在选择使用三相桥式全控整流回路时，需要根据具体的应用需求综合考虑其优缺点，以达到最佳的电力控制效果。

1三相桥式全控整流电路(电阻性负载)
三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的，它由三相半波共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共阳极接法(VT1，VT6，VT2)的串联组合。

1-1三相桥式全控整流电路(电阻性负载)
1-1三相桥式全控整流电路
n
d
VT VT VT 462d 2
d
2-1三相桥式全控整流电路(电阻性负载)仿真图2.2三相桥式全控整流电路(电阻性负载)电源参数
电源220V.相位分别为0︒,120︒,-120︒,频率50HZ
设置控制脚a为0︒,30︒,60︒,90︒与其相印的波形
3-1三相桥式全控整流电路(电阻性负载)a为0︒
3-2三相桥式全控整流电路(电阻性负载)a为30︒
3-3三相桥式全控整流电路(电阻性负载)a为60︒
3-4三相桥式全控整流电路(电阻性负载)a为90︒
4总结
2个晶闸管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1个，且不能为同一相器件。

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 。

实验三、三相桥式全控整流电路实验一、实验目的和任务1、加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理；2、了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。

二、实验内容1、三相桥式整流电路；2、在整流状态下，当触发电路出现故障（人为模拟）时观测主电路的各点波形三、实验仪器、设备及材料1、DJK01 电源控制屏（该控制屏包含“三相电源输出”等模块）2、DJK02 三相变流桥电路（该挂件包含“晶闸管”以及“电感”等模块）3、DJK06 给定、负载及吸收电路（该挂件包含“二极管”以及“开关”）4、DK04滑线变阻器（串联形式：0.65A，2kΩ；并联形式：1.3A，500Ω）5、万用表6、双踪示波器。

四、实验原理实验线路如图2.4所示。

主电路由三相全控整流电路组成，触发电路为DJK02中的集成触发电路，由KC04、KC4l、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。

图2.4中的R用DK04滑线变阻器，接成并联形式；电感Ld在DJK02面板上，选用700mH，直流电压、电流表由DJK02获得。

图2.4 三相桥式全控整流电路实验原理图五、主要技术重点、难点1、调节触发脉冲的移相范围；2、u d的波形的测量；3、电源的连接及设备的安全。

六、实验步骤1、DJK02上的“触发电路”调试（1）打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。

（2）将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。

（3）打开DJK02电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。

（4）观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。

（5）将DJK06上的“给定”输出Ug直接与DJK02上的移相控制电压Uct相连，将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0时），调节DJK02上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相锯齿波和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使α=1500，如图2.5所示。