第3章整流电路(3波形图)

第三章三相可控整流电路[ 机电工程系]单相可控整流电路具有线路简单，维护、调试方便等优点，但输出整流电压脉动大，又会影响三相交流电网的平衡。

因此，当负载容量较大(一般指4KW以上)，要求的直流电压脉动较小时，通常采用三相可控整流电路。

三相可控整流电路有多种形式，其中最基本的是三相半波可控整流电路，而其他常用的如三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路等，均可看作是三相半波可控整流电路的串联或并联，可在分析三相半波可控整流电路的基础上进行分析。

本章重点：（1）介绍三相半波可控整流电路不同负载时的组成、工作原理、波形分析、电路各电量的计算等，（2）三相桥式全控整流电路及双反星形可控整流电路。

最后，将介绍几个应用实例。

第一节第二节第三节第四节三相半波可控整流电路三相桥式全控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路U V W TuvwVD1VD3VD5Ku d R d一、三相半波不可控整流电路➢电路的特点：变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。

三个二极管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起——共阴极接法。

二极管开通情况：三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压。

b) c)d) e)u2R iduaubucO w t1w t2w t3uGudOOuabuacOiVD1uVD1w tw tw tw tw t自然换相点：在相电压的交点ωt1、ωt2、ωt3处，均出现了二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移，称这些交点为自然换相点。

b) c)d) e)u2R iduaubucO w t1w t2w t3uGudOOuabuacOiVD1uVD1w tw tw tw tw t在一个周期中，器件工作情况如下：在ωt1～ωt2期间，a相电压最高，VD1导通，ud= u a。

三相半波、桥式（全波）整流及六脉冲整流电路1.三相半波整流滤波当功率进一步增加或由于其他原因要求多相整流时，三相整流电路就被提了出来。

图1所示就是三相半波整流电路原理图。

在这个电路中，三相中的每一相都和单独形成了半波整流电路，其整流出的三个电压半波在时间上依次相差120º叠加，并且整流输出波形不过0点，其最低点电压——是交流输入电压幅值。

式中Up并且在一个周期中有三个宽度为120º的整流半波。

因此它的滤波电容器的容量可以比单相半波整流和单相全波整流时的电容量都小。

图1 三相半波整流电路原理图2.三相桥式（全波）整流滤波图2所示是三相桥式全波整流电路原理图。

图3是它们的整流波形图。

图3(a)是三相交流电压波形；图3(b)是三相半波整流电压波形图；图3(c)是三相全波整流电压波形图。

在输出波形图中，N粗平直虚线是整流滤波后的平均输出电压值，虚线以下和各正弦波的交点以上（细虚线以上）的小脉动波是整流后未经滤波的输出电压波形。

图2 三相桥式全波整流电路原理图由图1和图2可以看出，三相半波整流电路和三相桥式全波整流电路的结构是有区别的。

（1）三相半波整流电路只有三个整流二极管，而三相全波整流电路中却有六只整流二极管；(2) 三相半波整流电路需要输入电源的中线，而三相全波整流电路则不需要输入电源的中线。

由图3可以看出三相半波整流波形和三相全波整流电路则不需要输入电源的中线。

图3 三相整流的波形图①三相半波整流波形的脉动周期是120º而三相全波整流波形的脉动周期是60º；②三相半波整流波形的脉动幅度和输出电压平均值：三相半波整流波形的脉动幅度是：(1)式中 U——脉动幅度电压；Up是正弦半波幅值电压，比如有效值为380V的线电压，其半波幅值电压为：(2)那么其脉动幅度电压就是：输出电压平均值Ud是从30º~150º积分得，（3）式中 Ud——输出电压平均值；UA——相电压有效值。

通用的整流电路是利用了二极管或可控硅晶闸管的单相导电性进行交流到直流的整流的。

单相整流电路
1：单相半波可控整流电路
触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。

VT的a 移相范围为180
导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示
通过控制触发脉冲的相位来控制输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。

单相半波可控整流电路原理图单相半波可控整流电路波形图2：单相桥式整流电路
单相桥式整流电路原理图单相桥式整流电路等效原理图
单相桥式整流电路运行分析示意图
单相桥式整流电路输出波形图
三相桥式整流电路
三相全控桥式整流电路原理图
三相全控桥式整流电路波形图。

第三章交流-直流(AC-DC)变换3.1 单相可控整流电路3.1.1 单相半波可控整流电路1.电阻性负载图3-1表示了一个带电阻性负载的单相半波可控整流电路及电路波形。

图中T为整流变压器，用来变换电压。

引入整流变压器后将能使整流电路输入、输出电压间获得合理的匹配，以提高整流电路的力能指标，尤其是整流电路的功率因数。

在生产实际中属于电阻性的负载有如电解、电镀、电焊、电阻加热炉等。

电阻性负载情况下的最大特点是负载上的电压、电流同相位，波形相同。

图3-1 单相半波可控整流电路（电阻性负载）晶闸管从开始承受正向阳极电压起至开始导通时刻为止的电角度度称为控制角，以α表示；晶闸管导通时间按交流电源角频率折算出的电角度称为导通角，以θ表示。

改变控制角α的大小，即改变门极触发脉冲出现的时刻，也即改变门极电压相对正向阳极电压出现时刻的相位，称为移相。

整流电路输出直流电压u d为(3-1) 可以看出，U d是控制角α的函数。

当α＝0时，晶闸管全导通，U d＝U d0＝0.45U2，直流平均电压最大。

当α＝π时，晶闸管全关断，U d＝0，直流平均电压最小。

输出直流电压总的变化规律是α由小变大时，U d由大变小。

可以看出，单相半波可控整流电路的最大移相范围为180°。

由于可控整流是通过触发脉冲的移相控制来实现的，故亦称相控整流。

2.电感性负载当负载的感抗ωL d与电阻R d相比不可忽略时，这种负载称电感性负载。

属于电感性负载的常有各类电机的激磁绕组、串接平波电抗器的负载等等。

电感性负载时电路原理图及波形如图3-2所示。

在分析电感性负载的可控整流电路工作过程中，必须充分注意电感对电流变化的阻碍作用。

这种阻碍作用表现在电流变化时电感自感电势的产生及其对晶闸管导通的作用。

图3-2 单相半波可控整电流电路（电感性负载）大电感负载下造成输出直流平均电压下降的原因是u d波形中出现了负面积的区域。

如果设法将负面积的区域消除掉而只剩正面积的区域，就可提高输出直流电压的平均值。