第2章晶闸管相控整流电路课件

晶闸管相控整流电路晶闸管相控整流电路n 整流电路是指能实现将交流电转化为直流整流电路是指能实现将交流电转化为直流电的电路。如果是用电的电路。如果是用电力二极管为主要器件将电力二极管为主要器件将交流电转化为大小不变的直流电，这样的电路交流电转化为大小不变的直流电，这样的电路称为二极管整流电路。称为二极管整流电路。n 但是在调压调速直流电源、电焊等很多场但是在调压调速直流电源、电焊等很多场合往往需要电压大小可调的直流电源。利用晶合往往需要电压大小可调的直流电源。利用晶闸管等开关器件的单向导电性，控制其移相角闸管等开关器件的单向导电性，控制其移相角把把交流电变换成大小可调的直流电，以满足各交流电变换成大小可调的直流电，以满足各种负载的要求，这种整流电路就称为相控整流种负载的要求，这种整流电路就称为相控整流电路电路。晶闸管相控整流电路晶闸管相控整流电路n 相相控控整整流流电电路路的的种种类类很很多多，按按交交流流输输入入相相数数分分为为单单相相电电路路和和多多相相电电路路；按按电电路路组组成成的的器器件件可可分分为为不不可可控控、半半控控和和全全控控整整流流电电路路；按按电电路路结结构构可可分分为为桥桥式式电电路路和和零零式式电电路路；按按变变压压器器二二次次侧侧电电流流的的方方向向是是单单向向或或双双向向，又又分分为为单单拍拍电电路路和和双双拍拍电电路路。另另外外，整整流流电电路路的的负负载载性性质质也也对对电电路路的的输输出出电电压压和和电电流流有有很很大大影影响响，常常见见的的负负载载有有电电阻阻性性负负载载、电电感感性性负负载载和和反反电电动动势势负载等负载等。第一节第一节 单相半波相控整流电路单相半波相控整流电路一、电阻性负载在实际应用中，某些负载基本上是电阻性的，如电阻加热炉、白炽灯、电解和电镀等。电阻性负载的特点是电压与电流成正比，波形相同并且相位相同，而且流过负载的电流可以突变。图2-1 单相半波可控整流电路（电阻性负载）及波形wwwwtTVTR0)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVT q0b)c)d)e)00图2-1 单相半波可控整流电路及波形TVTRu1u2uVTudidwwwwt0wt1p2 ptttuguduVTaq0b)c)d)e)00u2在分析电路工作过程之前先假设以下几点：n开关元件是理想的，即开关元件（晶闸管）导通时，通态压降为零，关断时电阻为无穷大。n变压器是理想的，即变压器漏电抗为零，绕组的电阻为零，励磁电流为零。引入两个重要的基本概念：触发角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加发脉冲止的电角度,用表示,也称触发角或控制角。导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角，用表示。两者关系为=。n移相与移相范围n（1）移相:是指改变触发脉冲ug出现的时刻，即改变控制角的大小。n（2）移相范围:是指改变触发脉冲ug的移相范围，它决定了输出电压大小的变化范围。n交流电压交流电压u2通过负载电阻通过负载电阻R施加到晶闸管的阳极和阴极两端，在施加到晶闸管的阳极和阴极两端，在u2正正半周期，半周期，0t1之间，晶闸管虽然承受正向电压，但因门极触发脉之间，晶闸管虽然承受正向电压，但因门极触发脉冲尚未出现，无直流电压输出，此时由晶闸管冲尚未出现，无直流电压输出，此时由晶闸管VT承受全部承受全部u2电压。电压。ud、uVT波形如图波形如图2-2（d）、（）、（e）所示。）所示。n在在t1时刻，触发电路向门极送出触发脉冲时刻，触发电路向门极送出触发脉冲ug，晶闸管被触发导通。，晶闸管被触发导通。若晶闸管压降忽略不计，则负载电阻若晶闸管压降忽略不计，则负载电阻R两端的电压波形两端的电压波形ud就是变压器就是变压器二次侧二次侧u2的波形，流过负载的电流的波形，流过负载的电流id波形与波形与ud波形形状相似，但幅波形形状相似，但幅值相差值相差R倍。由于二次侧绕组、晶闸管以及负载电阻是串联的，故倍。由于二次侧绕组、晶闸管以及负载电阻是串联的，故id波形也就是晶闸管及变压器二次侧的波形。波形也就是晶闸管及变压器二次侧的波形。n在在t=时，时，u2处于过零点负临界点，晶闸管由于阳极电流也下降零处于过零点负临界点，晶闸管由于阳极电流也下降零而被关断，电路无直流电压输出。而被关断，电路无直流电压输出。n在在u2的负半周期，即的负半周期，即2区间，由于晶闸管承受反向电压而处于反向区间，由于晶闸管承受反向电压而处于反向阻断状态，负载无电流流过，负载两端电压阻断状态，负载无电流流过，负载两端电压ud一直为零。一直为零。u2的下一的下一周期重复上述过程。周期重复上述过程。n由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压ud为极性不变但瞬为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，故称时值变化的脉动直流，故称“半波半波”整流。电路中采用可控制件晶闸整流。电路中采用可控制件晶闸管，且输入电源为单相交流电，故该电路被称为单相半波相控整流电管，且输入电源为单相交流电，故该电路被称为单相半波相控整流电路。路。2.基本数量关系(1)直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Idn 输出电流平均值Id:n 直流输出电压平均值Ud:(2)输出电压有效值U与输出电流有效值In 输出电流有效值I :n 直流输出电压有效值U:(3)晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值n 单相半波可控整流电路中，负载、晶闸管和变压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即：(4)功率因数cosn整流器功率因数是变压器二次侧有功功率与视在功率的比值式中 P变压器二次侧有功功率，P=UI=I2R S变压器二次侧视在功率，S=U2I2(5)晶闸管承受的最大正反向电压UTM晶闸管承受的最大正反向电压UTM是相电压峰值。例2-1有一单相半波相控整流电路，负载电阻Rd=l0直接接在220V交流电源上。当控制角=60。时，求输出电压平均值Ud.输出电流平均值Id和有效值I，并选择闸管型号(考虑2倍安全裕量)。解 根据单相半波相控整流电路的计算公式，输出平均电压为输出有效值电压为输出平均电流为输出有效值电流为晶闸管承受的最大正反向电压为考虑2倍安全裕量，则晶闸管正反向峰值电压为取700V；晶闸管的额定电流为 取20A 根据计算选择晶闸管的型号为KP20-7 n 二、电感性负载及续流二极管二、电感性负载及续流二极管n 在实际生产中，更常见的是既有电阻又有电感的在实际生产中，更常见的是既有电阻又有电感的负载类型，即为阻感负载。电感性负载通常是电机的负载类型，即为阻感负载。电感性负载通常是电机的励磁绕组和负载串联的电抗器等。励磁绕组和负载串联的电抗器等。n 电感是储能元件，并且对电流变化有抗拒作用。电感是储能元件，并且对电流变化有抗拒作用。当流过电感的电流变化时，电感两端产生感应电动势，当流过电感的电流变化时，电感两端产生感应电动势，感应电动势对负载电流的变化有阻碍作用，使得感应电动势对负载电流的变化有阻碍作用，使得负载负载电流不能突变电流不能突变。当电流增大时，电感吸收能量储能，。当电流增大时，电感吸收能量储能，电感的感应电动势阻止电流增大电感的感应电动势阻止电流增大;当电流减小时，电当电流减小时，电感释放出能量，感应电动势阻止电流的减小，输出电感释放出能量，感应电动势阻止电流的减小，输出电压、电流有相位差。压、电流有相位差。v数量关系数量关系 直流输出电压平均值直流输出电压平均值U Ud d为为 从从U Ud d的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压的波形可以看出，由于电感负载的存在，电源电压由正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输由正到负过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平均值减小；当大电感负载时输出电压正出电压和电流的平均值减小；当大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零，则负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零，则I Id d也很小。也很小。所以，所以，实际的大电感电路中，常常在负载两端并联一个续实际的大电感电路中，常常在负载两端并联一个续流二极管流二极管。2.2.接续流二极管时接续流二极管时v工作原理工作原理nu u2 20 0：u u K K0 0。在在t=t=处触发晶闸管导通，处触发晶闸管导通，u ud d=u u2 2续流二极管续流二极管V VDRDR承受反向承受反向电压而处于断态。电压而处于断态。nu u2 20 0：电感的感应电压使电感的感应电压使V VDRDR承受正向电压导通续流，承受正向电压导通续流，晶闸管承受反压关断晶闸管承受反压关断,u ud d=0=0。如果电感足够大，续流二如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使晶闸管导通，使i id d连续。连续。图图2-5 带阻感负载带阻感负载(接续流管接续流管)的的 单相半波电路及其波形单相半波电路及其波形u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+aiVDR+n由以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管后，由以上分析可以看出，电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可以起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载以起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电电流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形和流过续流二极管的电流波形是矩形波和流过续流二极管的电流波形是矩形波。n对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器移相范围移相范围与单相半波可控整流电路电阻性负载相同为与单相半波可控整流电路电阻性负载相同为0 0180180，且有，且有+=180180。v基本数量关系基本数量关系(1)(1)输出电压平均值输出电压平均值U Ud d与输出电流平均值与输出电流平均值I Id d输出电压平均值输出电压平均值U Ud d输出电流平均值输出电流平均值I Id d(2)(2)晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值I IdTdT与晶闸管的电流有效值与晶闸管的电流有效值I IT T晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值I IdTdT ：晶闸管的电流有效值晶闸管的电流有效值I IT T：(3)(3)续续流流二二极极管管的的电电流流平平均均值值I IdDdD与与续续流流二二极极管的电流有效值管的电流有效值I ID Dn三、反电动势负载三、反电动势负载n蓄电池、直流电动机的电枢等均属反电动势蓄电池、直流电动机的电枢等均属反电动势负载。这类负载的特点是含有直流电动势负载。这类负载的特点是含有直流电动势E，可以看成一个直流电压源。其极性对电路中可以看成一个直流电压源。其极性对电路中晶闸管而言是反向电压故称反电动势负载如晶闸管而言是反向电压故称反电动势负载如图图2一一6(a)所示。所示。n三、反电动势负载三、反电动势负载n蓄电池、直流电动机的电枢等均属反电动势蓄电池、直流电动机的电枢等均属反电动势负载。这类负载的特点是含有直流电动势负载。这类负载的特点是含有直流电动势E，可以看成一个直流电压源。其极性对电路中可以看成一个直流电压源。其极性对电路中晶闸管而言是反向电压故称反电动势负载如晶闸管而言是反向电压故称反电动势负载如图图2一一6(a)所示。所示。n综上所述，反电动势负载特点是综上所述，反电动势负载特点是:电流呈脉冲波形，电流呈脉冲波形，脉动大。如果要得到较大的平均电流，必须增大电流脉动大。如果要得到较大的平均电流，必须增大电流幅值，这就对可控整流装置和直流电动机的容量提出幅值，这就对可控整流装置和直流电动机的容量提出更高的要求。另外，较大的电流峰值容易产生较大的更高的要求。另外，较大的电流峰值容易产生较大的换向电流，容易产生火花，电动机振动厉害。为了克换向电流，容易产生火花，电动机振动厉害。为了克服这些缺点，常在负载回路中人为地串联一个平波电服这些缺点，常在负载回路中人为地串联一个平波电抗器抗器Ld，用来减小电流的脉动和延长晶闸管的导通，用来减小电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。时间。n反电动势负载串接平波电抗器后，整流电路的工作情反电动势负载串接平波电抗器后，整流电路的工作情况与大电感性负载相似。只要所串入的平波电抗器的况与大电感性负载相似。只要所串入的平波电抗器的电感量足够大，则负载两端的电压基本平整，输出电电感量足够大，则负载两端的电压基本平整，输出电流波形也就平直连这就大大改善了整流装置和电动机流波形也就平直连这就大大改善了整流装置和电动机的工作条件。的工作条件。n 总结：总结：n n单相半波相控整流器单相半波相控整流器单相半波相控整流器单相半波相控整流器n n优点：优点：优点：优点：是电路简单、调整方便、容易实现是电路简单、调整方便、容易实现是电路简单、调整方便、容易实现是电路简单、调整方便、容易实现;n n缺点缺点缺点缺点（1 1）整流输出直流电压脉动大，每周期脉动一次。）整流输出直流电压脉动大，每周期脉动一次。）整流输出直流电压脉动大，每周期脉动一次。）整流输出直流电压脉动大，每周期脉动一次。（2 2）变压器二次侧流过单方向的电流，存在直流磁化、）变压器二次侧流过单方向的电流，存在直流磁化、）变压器二次侧流过单方向的电流，存在直流磁化、）变压器二次侧流过单方向的电流，存在直流磁化、设备利用率低的问题。设备利用率低的问题。设备利用率低的问题。设备利用率低的问题。n n 一般仅适用于对整流指标要求不高、小容量的相控一般仅适用于对整流指标要求不高、小容量的相控一般仅适用于对整流指标要求不高、小容量的相控一般仅适用于对整流指标要求不高、小容量的相控整流装置。实际上现在很少应用此种电路，分析该电路整流装置。实际上现在很少应用此种电路，分析该电路整流装置。实际上现在很少应用此种电路，分析该电路整流装置。实际上现在很少应用此种电路，分析该电路的的的的目的目的目的目的主要在于利用其简单易懂的原理，建立起相控整主要在于利用其简单易懂的原理，建立起相控整主要在于利用其简单易懂的原理，建立起相控整主要在于利用其简单易懂的原理，建立起相控整流电路的基本概念和分析方法。流电路的基本概念和分析方法。流电路的基本概念和分析方法。流电路的基本概念和分析方法。第二节第二节 单相全波相控整流电路单相全波相控整流电路n 单单相相半半波波相相控控整整流流电电路路中中，交交流流电电源源u2在在一一个个周周期中，期中，最多只能有半个周期向负载供电最多只能有半个周期向负载供电。n 单单相相全全波波相相控控整整流流电电路路与与单单相相全全控控桥桥式式整整流流电电路路，则则能能使使交交流流电电源源u2的的另另一一半半周周期期也也能能向向负负载载输输出出同同方方向向的的直直流流电电压压，同同时时还还能能减减少少输输出出电电压压ud波波形形的的脉脉动动，还能提高输出直流电压平均值。还能提高输出直流电压平均值。n 一、单相全波相控整流电路一、单相全波相控整流电路n 1.电阻性负载电阻性负载n 由于单相全波相控整流输出电压由于单相全波相控整流输出电压ud波形是单相半波波形是单相半波相控整流输出电压波形的相控整流输出电压波形的2倍，所以输出电压平均值也倍，所以输出电压平均值也为单相半波的为单相半波的2倍，输出电压有效值是单相半波的倍，倍，输出电压有效值是单相半波的倍，功率因数为单相半波的倍，其计算公式为功率因数为单相半波的倍，其计算公式为n晶晶闸闸管管电电流流有有效效值值及及可可能能承承受受的的最最大大正正、反反向向电电压压分分别为别为n 单单相相全全波波相相控控整整流流电电路路的的移移相相范范围围是是0180，与与单单相相半半波波相相同同。而而触触发发脉脉冲冲频频率率为为单单相相半半波波的的2倍倍，触触发发脉冲间隔为，不同于单相半波脉冲间隔为，不同于单相半波n 2.电感性负载电感性负载n单单相相全全波波相相控控整整流流电电路路电电感感性性负负载载不不接接续续流流管管时时。移移相相范范围围是是090,这这区区间间输输出出电电压压平平均均值值Ud的的计计算算公公式为式为n为为了了扩扩大大移移相相范范围围，不不让让ud波波形形出出现现负负值值以以及及使使输输出出电电流流更更平平稳稳，可可在在电电路路负负载载两两端端并并接接续续流流二二极极管管VD，如如图图2一一9(a)所所示示。接接续续流流二二极极管管后后，移移相相范范围围就就可可扩大到扩大到0 n总结：总结：n 优优点点：单单相相全全波波相相控控整整流流电电路路具具有有输输出出电电压压脉脉动动小小、平均电压大以及整流变压器没有直流磁化等优点。平均电压大以及整流变压器没有直流磁化等优点。n 缺缺点点：该该电电路路一一定定要要配配备备有有中中心心抽抽头头的的整整流流变变压压器器，且且变变压压器器二二次次侧侧抽抽头头的的上上下下绕绕组组利利用用率率仍仍然然很很低低，最最多多只只能能工工作作半半个个周周期期，变变压压器器设设置置容容量量仍仍未未充充分分利利用用。并并且且晶晶闸闸管管承承受受电电压压最最高高达达，元元件件价价格格昂昂贵贵。为为了了克克服以上缺点，可采用单相全控桥式相控整流电路。服以上缺点，可采用单相全控桥式相控整流电路。二、二、单相全控桥式相控整流电路单相全控桥式相控整流电路n 单单相相半半波波相相控控整整流流电电路路中中，交交流流电电源源u2在在一一个个周周期中，期中，最多只能有半个周期向负载供电最多只能有半个周期向负载供电。n 单单相相全全波波相相控控整整流流电电路路与与单单相相全全控控桥桥式式整整流流电电路路，则则能能使使交交流流电电源源u2的的另另一一半半周周期期也也能能向向负负载载输输出出同同方方向向的的直直流流电电压压，同同时时还还能能减减少少输输出出电电压压ud波波形形的的脉脉动动，还能提高输出直流电压平均值。还能提高输出直流电压平均值。n1.电阻性负载电阻性负载n图图2一一10所示为单相全控桥式相控整流电路带电阻性所示为单相全控桥式相控整流电路带电阻性负载时的电路图及波形图。负载时的电路图及波形图。VT l和和VT4,VT2和和VT3分别组成一对桥臂，电路分析与计算同单相全波相控分别组成一对桥臂，电路分析与计算同单相全波相控整流电路。整流电路。n所所不同的是不同的是：n（1）单相）单相全控桥式触发电路全控桥式触发电路必须有必须有四个二次侧绕组的四个二次侧绕组的脉冲变压器脉冲变压器，分别向，分别向VT1VT4的门极发送触发脉冲，的门极发送触发脉冲，n（2）另外）另外晶闸管承受的电压波形也不同晶闸管承受的电压波形也不同 n 单单相相桥桥式式相相控控整整流流电电路路电电阻阻性性负负载载时时的的移移相相范范围围是是0180。=0时时，输输出出电电压压最最高高;=时时，输输出出电电压压最最小小。晶晶闸闸管管承承受受最最大大反反向向电电压压是是相相电电压压峰峰值值2U2，晶晶闸闸管管承承受受最最大大正正向向电电压压是是2/2U2。各各电电量量计计算算公式如下公式如下:n输出电压平均值输出电压平均值Ud为为n输出电压有效值输出电压有效值U为为n 由于晶闸管由于晶闸管VTI,VT2,VT3,VT4轮流导通，流过晶轮流导通，流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半.即即n流过晶闸管的电流有效值为流过晶闸管的电流有效值为n 2.阻感负载阻感负载n从图从图2一一11(b)可以看出，晶闸管承受的最大正、反向可以看出，晶闸管承受的最大正、反向电压为电压为U。当。当a90时输出电压波形正负面积相同。时输出电压波形正负面积相同。平均值为零，所以移相范围是平均值为零，所以移相范围是090。晶闸管导通角。晶闸管导通角与控制角无关，控制角与控制角无关，控制角a在在090之间变化时，晶闸之间变化时，晶闸管导通角恒为管导通角恒为180。各电量计算公式如下。各电量计算公式如下:n输出电压平均值输出电压平均值Ud为为n电流的平均值和有效值为电流的平均值和有效值为n 3.反电动势负载反电动势负载n单单相相全全波波相相控控整整流流电电路路与与单单相相全全控控桥桥式式整整流流电电路路的的区区别别在于在于:n （1）单相全波相控整流电路中变压器二次绕组要带）单相全波相控整流电路中变压器二次绕组要带中心抽头，结构较复杂，材料的消耗比单相全控桥多。中心抽头，结构较复杂，材料的消耗比单相全控桥多。n (2)单相全波相控整流电路中只用两个晶闸管，比单单相全波相控整流电路中只用两个晶闸管，比单相全控桥式整流电路少两个，相应地，门极驱动电路也相全控桥式整流电路少两个，相应地，门极驱动电路也少两个，但是在单相全波相控整流电路中，晶闸管承受少两个，但是在单相全波相控整流电路中，晶闸管承受的最大电压是单相全控桥式整流电路的的最大电压是单相全控桥式整流电路的2倍。倍。n（3）单相全波相控整流电路中，导电回路只含）单相全波相控整流电路中，导电回路只含1个晶闸个晶闸管，比单相全控桥式整流电路中少管，比单相全控桥式整流电路中少1个，因而管压降也个，因而管压降也降低一半。降低一半。n（4）单相全波相控整流电路较适宜在低输出场合使用，）单相全波相控整流电路较适宜在低输出场合使用，单相全控桥式整流电路主要适用于单相全控桥式整流电路主要适用于4KW左右的应用场合。左右的应用场合。第三节第三节 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路n 单单相相相相控控整整流流电电路路线线路路简简单单，价价格格便便宜宜，制制造造、调调整整、维维修修都都比比较较容容易易，但但其其输输出出的的直直流流电电压压脉脉动动大大、脉脉动动频频率率低低，并并且且当当负负载载容容量量较较大大时时易易造造成成三三相相电电压压不不平平衡衡，因因而而只只用用在在容容量量较较小小的的地地方方。一一般般负负载载容容量量较较大大或或要要求求直直流流电电压压脉脉动动较较小小时时，可可以以采采用用三三相相相相控控整整流流电电路。路。n 三三相相相相控控整整流流电电路路的的类类型型很很多多，三三相相半半波波相相控控整整流流电电路路是是最最基基本本的的电电路路，其其他他电电路路可可看看作作是是三三相相半半波波以以不不同同方方式式串串联联或或并并联联组组合合而而成成的的。实实际际中中由由于于三三相相桥桥式式全全控控整整流流电电路路具具有有输输出出脉脉动动小小、脉脉动动频频率率高高、动动态态响响应应快快等特点，在大、中功率领域应用最广泛。等特点，在大、中功率领域应用最广泛。n 一一、三相半波不可控整流电路、三相半波不可控整流电路n n电路中将三个整流二极管电路中将三个整流二极管VD l.VD3,VD5的阴极连接的阴极连接在一起，这种接法叫在一起，这种接法叫共阴极接法共阴极接法。这种共阴极接法对。这种共阴极接法对触发电路有公共线者，使用、调试都比较方便。触发电路有公共线者，使用、调试都比较方便。n由于二极管为不可控器件，其导通条件为：哪一相二由于二极管为不可控器件，其导通条件为：哪一相二极管的阳极电位最高，哪只极管的阳极电位最高，哪只二极管就承受正向电压而二极管就承受正向电压而导通导通。n整流输出电压整流输出电压ud的波形即是三相的波形即是三相电源相电压的正向包电源相电压的正向包络线络线 n电源相电压正半波形相邻交点电源相电压正半波形相邻交点1,3,5点即是点即是VD1,VD3,VD5三个二极管轮流导通的始末点，即每到电三个二极管轮流导通的始末点，即每到电压正向波形交点就自动换相，所以三相相电压正半波压正向波形交点就自动换相，所以三相相电压正半波形的交点形的交点1,3,5称为自然换相点。称为自然换相点。n VDl管管两两端端承承受受电电压压的的波波形形为为电电源源线线电电压压的的波波形形，最最大值为电源线电压的反向电压的峰值，即大值为电源线电压的反向电压的峰值，即n可计算输出直流平均电压可计算输出直流平均电压Ud为为n 二、三相半波相控整流电路二、三相半波相控整流电路n 在在三三相相半半波波相相控控整整流流电电路路中中使使用用的的是是晶晶闸闸管管，和和刚刚才才的的三三相相不不可可控控电电路路的的区区别别在在于于不不是是用用整整流流二二极极管管，用的晶闸管。用的晶闸管。n 其其导导通通条条件件：是是晶晶闸闸管管阳阳极极承承受受正正向向电电压压同同时时门门极极加加正正的的触触发发信信号号。把把图图2-14(a)所所示示电电路路中中三三只只整整流流二极管换成三只晶闸管就变成三相半波相控整流电路二极管换成三只晶闸管就变成三相半波相控整流电路 n（一）电阻性负载（一）电阻性负载n定定义义 =30为为控控制制角角的的零零起起始始点点，也也就就是是自自然然换换相相点点。三三相相半半波波共共阴阴极极可可控控整整流流电电路路自自然然换换相相点点是是三三相相电电源源相相电电压压正正半半周周波波形形的的交交叉叉点点，在在各各相相相相电电压压的的30处处，即即 、点点，如如果果这这些些时时刻刻之之前前送送上上触触发发脉脉冲冲，晶晶闸闸管管因因承承受受反反向向电电压压而而不不能能触触发发导导通通，因因此此将将其其作作为为计计算算控控制制角角的的起起点点，即即该该处处的的 =0。若若分分析析不不同同控控制制角角的的波波形形，则则触触发发脉脉冲冲的的位位置置距距对对应应相相电电压压的的原原点为点为30+。n 在在一一周周期期内内晶晶闸闸管管VT1,VT3,VT5依依次次轮轮流流导导通通，各各导导通通120，在在其其余余240区区间间承承受受反反向向电电压压而而处处于于关关断断状状态态，它它们们所所承承受受的的电电压压波波形形相相同同仅仅相相位位依依次次相相差差120，以以晶晶闸闸管管VT1承承受受的的电电压压波波形形为为例例，可可以以分分成成三个部分三个部分:nVT1本身导通，忽略管压降本身导通，忽略管压降 =0nVT3导通，导通，VT1承受的电压是承受的电压是u相和相和v相的电压差相的电压差 nVT5导通，导通，VT1承受的电压是承受的电压是u相和相和w相的电压差，相的电压差，n n从图从图2-16和图和图2-17可以看出，当控制角为零时输出电可以看出，当控制角为零时输出电压最大，随着控制角增大，整流输出电压减小，当压最大，随着控制角增大，整流输出电压减小，当=150时输出电压为零，所以三相半波整流电路电阻时输出电压为零，所以三相半波整流电路电阻性负载移相范围是性负载移相范围是0150。n整流电压平均值等各电量的计算分两种情况整流电压平均值等各电量的计算分两种情况:n3n（二）、电感性负载（二）、电感性负载n当当 时的工作情况与电阻性负载相同，输出电压时的工作情况与电阻性负载相同，输出电压ud波形、波形、uvT波形也相同。不同的是由于负载大电波形也相同。不同的是由于负载大电感的储能作用，输出电流感的储能作用，输出电流id是近似平直的直线波形。是近似平直的直线波形。当当 时时Ud波形出现负值，为波形出现负值，为90度时波形正负面度时波形正负面积相等，电压平均值积相等，电压平均值ud为为0，所以三相半波电感性负，所以三相半波电感性负载的有效移相范围为载的有效移相范围为n由由于于ud波波形形是是连连续续的的，所所以以计计算算输输出出电电压压平平均均值值Ud时时只需一个计算公式：只需一个计算公式：n 三、共阳极整流电路三、共阳极整流电路n 共共阳阳极极三三相相半半波波相相控控整整流流电电路路的的优优点点在在于于三三只只晶晶闸闸管管的的阳阳极极连连接接在在一一起起可可固固定定在在一一块块散散热热器器上上，散散热热效效果果好好;但阴极不在一起，没有公共线，调试和使用不方便。但阴极不在一起，没有公共线，调试和使用不方便。第四节第四节 三相全控桥式相控整流电路三相全控桥式相控整流电路n目目前前，在在各各种种整整流流电电路路中中，应应用用最最为为广广泛泛的的是是三三相相全全控控桥桥式式整整流流电电路路。其其原原理理如如图图2_21所所示示，三三相相全全控控桥桥式式整整流流电电路路是是由由一一组组共共阴阴极极接接法法的的3个个晶晶闸闸管管(VT1,VT3,VT5)和和一一组组共共阳阳极极接接法法的的3个个晶晶闸闸管管(VT4,VT6,VT2)所组成的。所组成的。n 一一、电阻性负载、电阻性负载n n 可可以以采采用用分分析析三三相相半半波波相相控控整整流流电电路路的的方方法法，对对于于共共阴阴极极组组的的晶晶闸闸管管，阳阳极极所所接接交交流流电电压压最最高高的的一一个个能能够够触触发发导导通通，而而对对于于共共阳阳极极组组的的晶晶闸闸管管，则则是是阴阴极极所所接接交交流流电电压压最最低低的的一一个个可可被被触触发发导导通通。这这样样，任任一一时时刻刻共共阴阴极极组组和和共共阳阳极极组组要要各各有有一一个个晶晶闸闸管管处处于于导导通通状状态态，电电路路中中就就会会有有电电流流流流过过，负负载载上上得得到到的的电电压压为为某某一一线电压线电压。n 为为分分析析方方便便，把把三三相相交交流流电电源源的的一一个个周周期期由由6个个自自然然换换相相点点划划分分为为6段段，每每段段为为60度度。这这6个个自自然然换换相相点点即即是是触触发发电电路路中中6只只晶晶闸闸管管控控制制角角的的起起始始点点，在在这这6个个点处送上触发脉冲来触发晶闸管，控制角点处送上触发脉冲来触发晶闸管，控制角 =0。n由由变变压压器器二二次次绕绕组组相相电电压压与与线线电电压压波波形形的的对对应应关关系系看看出出，各各自自然然换换相相点点既既是是相相电电压压的的交交点点，同同时时也也是是线线电电压压的的交交点点。所所以以分分析析负负载载电电压压波波形形时时既既可可以以从从相相电电压压波波形形分分析析，也也可可以以从从线线电电压压波波形形分分析析。输输出出整整流流电电压压波形为线电压在正半周期的包络线。波形为线电压在正半周期的包络线。n三相全控桥式整流电路的一些工作特点三相全控桥式整流电路的一些工作特点:n (1)任何时候共阴、共阳极组各有一只元件同时导通才能形任何时候共阴、共阳极组各有一只元件同时导通才能形成电流通路，且不能为同一相的晶闸管。成电流通路，且不能为同一相的晶闸管。n (2)共阴极组晶闸管共阴极组晶闸管VT1,VT3,VT5，按相序依次触发导通，按相序依次触发导通，相位相差相位相差120，共阳极组晶闸管，共阳极组晶闸管VT2,VT4,VT6，按相序依，按相序依次触发导通相位相差次触发导通相位相差120 ，同一相的晶闸管相位相差，同一相的晶闸管相位相差180 ，每个晶闸管导通角为，每个晶闸管导通角为120 ，每隔，每隔60 进行一次换相。进行一次换相。n （3)输出电压由输出电压由6段线电压组成，每周期脉动段线电压组成，每周期脉动6次。次。n (4)晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，如图晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，如图2一一22所示，只与晶闸管导通情况有关，其波形由所示，只与晶闸管导通情况有关，其波形由3段组成，每段段组成，每段120 ，一段为零，一段为零(忽略导通时的压降忽略导通时的压降)，两段为线电压。晶闸，两段为线电压。晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。电阻负载晶闸管流过管承受最大正、反向电压的关系也相同。电阻负载晶闸管流过的电流波形与其相应导通时段的的电流波形与其相应导通时段的ud波形形状相同。波形形状相同。n （5)变压器二次绕组流过正负两个方向的电流，消除了变变压器二次绕组流过正负两个方向的电流，消除了变压器的直流磁化，提高了变压器的利用率。压器的直流磁化，提高了变压器的利用率。n 由由以以上上分分析析可可见见60 电电流流将将出出现现断断续续。以以90 为为例例，电电阻阻负负载载时时的的工工作作波波形形如如图图2一一25所所示示，此此时时在在ud的的波波形形中中每每60 中中有有30 为为零零，这这是是因因为为电电阻阻负负载载时时id波波形形与与ud波波形形一一致致，一一旦旦ud为为零零，电电流流id也也要要降降至至零零，即即流流过过晶晶闸闸管管电电流流也也为为零零，晶晶闸闸管管关关断断，此此时时整整流流电电路路输输出出为为零零，直直到到下下一一对对晶晶闸闸管管被被触触发发导导通通。如如果果继继续续增增大大控控制制角角至至120,整整流流电电路路输输出出电电压压平平均均值值将将减减小小到到零零，可可见见带带电电阻阻性性负负载载的的三三相相全全控控桥桥式式整整流流电电路路控控制制角角的移相范围是的移相范围是0 120.n整流电压平均值等各电量的计算分两种情况整流电压平均值等各电量的计算分两种情况:n VDl管管两两端端承承受受电电压压的的波波形形为为电电源源线线电电压压的的波波形形，最最大值为电源线电压的反向电压的峰值，即大值为电源线电压的反向电压的峰值，即n可计算输出直流平均电压可计算输出直流平均电压Ud为为n 三、大电感负载分析三、大电感负载分析n 当当60 时电感性负载的工作作情况与电阻负载时不时电感性负载的工作作情况与电阻负载时不同，电阻负载时，当线电压下降到零时，晶闸管关断，同，电阻负载时，当线电压下降到零时，晶闸管关断，ud波形不会出现负的部分。阻感负载时，即使线电压波形不会出现负的部分。阻感负载时，即使线电压过零变负，由于负载电感感应电动势的作用，晶闸管过零变负，由于负载电感感应电动势的作用，晶闸管会继续维持导通，从而输出电压会继续维持导通，从而输出电压ud彼形会出现负的部彼形会出现负的部分。图分。图2一一29所示为电感性负载所示为电感性负载=90 时的波形，可时的波形，可以看出，以看出，=90 时，时，ud波形上下对称，正负面积基波形上下对称，正负面积基本相等，平均值为零，因此带电感性负载本相等，平均值为零，因此带电感性负载n三相桥式全控整流电路的角移相范围为三相桥式全控整流电路的角移相范围为0 90。