三相交直交變換電路的設(shè)計(jì)

PAGE10PAGE11引言AC／DC變換電路是能夠直接將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路，泛稱整流電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。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。三相橋式全控整流電路與三相半波電路相比，輸出整流電壓提高一倍，輸出電壓的脈動(dòng)較小、變壓器利用率高且無(wú)直流磁化問(wèn)題。由于在整流裝置中，三相橋電路晶閘管的最大失控時(shí)間只為三相半波電路的一半，故控制快速性較好，因而在大容量負(fù)載供電、電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)等方面獲得廣泛的應(yīng)用。1三相橋式全控整流電路的概述1.1三相橋式全控整流電路的原理圖圖1-1三相橋式全控整流電路的原理圖習(xí)慣將其中陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組；陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱為共陽(yáng)極組。此外，習(xí)慣上希望晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號(hào)，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT1、VT3、VT5，共陽(yáng)極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。從后面的分析可知，按此編號(hào)，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。1.2工作原理和波形分析整流電路的負(fù)載為純電阻負(fù)載。假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，這種情況也就相當(dāng)于晶閘管觸發(fā)角α=0o時(shí)的情況。圖1-2三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載α=0o時(shí)波形對(duì)于共陰極組的3個(gè)晶閘管，陽(yáng)極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通；對(duì)于共陽(yáng)極組的3個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最低（或者說(shuō)負(fù)得最多）的導(dǎo)通；任意時(shí)刻共陽(yáng)極組和共陰極組中各有1個(gè)SCR處于導(dǎo)通狀態(tài)。其余的SCR均處于關(guān)斷狀態(tài)。觸發(fā)角α的起點(diǎn)，仍然是從自然換相點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算，注意正負(fù)方向均有自然換相點(diǎn)。從線電壓波形看，ud為線電壓中最大的一個(gè)，因此ud波形為線電壓的包絡(luò)線。1.3不同觸發(fā)角的三相全控橋整流電路1）電阻性負(fù)載α=0對(duì)于共陰極晶閘管，首先是VT1導(dǎo)通，VT2、VT5承受反壓而關(guān)斷；然后是VT3導(dǎo)通；再是VT5導(dǎo)通。同理，對(duì)于共陽(yáng)極晶閘管也適用。6個(gè)晶閘管導(dǎo)通的順序是VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1.波形圖如1-2所示。2）電阻性負(fù)載α=30°時(shí)的工作情況晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30°，組成ud的每一段線電壓因此推遲30°；從ωt1開(kāi)始把一周期等分為6段，ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)等仍符合表1的規(guī)律；變壓器二次側(cè)電流ia波形的特點(diǎn)：在VT1處于通態(tài)的120°期間，ia為正，ia波形的形狀與同時(shí)段的ud波形相同，在VT4處于通態(tài)的120°期間，ia波形的形狀也與同時(shí)段的ud波形相同，但為負(fù)值。3)電阻性負(fù)載α=60°時(shí)工作情況ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)后移，ud平均值繼續(xù)降低。α=60°時(shí)ud出現(xiàn)為零的點(diǎn)。（因?yàn)樵谠擖c(diǎn)處，線電壓為零）。α=60時(shí)，其工作波形如圖1-3所示。圖1-3三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=60°時(shí)的波形3)α=90時(shí)，其工作波形如圖1-4所示。圖1-4三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載阿α=90°時(shí)的波形2帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的工作情況2.1主電路原理說(shuō)明圖2-1三相橋式全控帶反電動(dòng)勢(shì)電路原理圖2.2工作原理及波形分析1）α=0o時(shí)的情況整流電路的負(fù)載為帶反電動(dòng)勢(shì)的阻感負(fù)載。假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，這種情況也就相當(dāng)于晶閘管觸發(fā)角α=0o時(shí)的情況。此時(shí)，對(duì)于共陰極組的3個(gè)晶閘管，陽(yáng)極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通。而對(duì)于共陽(yáng)極組的3個(gè)晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最低（或者說(shuō)負(fù)得最多）的一個(gè)導(dǎo)通。這樣，任意時(shí)刻共陽(yáng)極組和共陰極組中各有1個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，施加于負(fù)載上的電壓為某一線電壓。此時(shí)電路工作波形如圖2所示。圖2-2反電動(dòng)勢(shì)α=0o時(shí)波形2）α=30o時(shí)的情況。它與α=0的區(qū)別在于，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30o,組成

ud

的每一段線電壓因此推遲30o，ud平均值降低。晶閘管電壓波形也相應(yīng)發(fā)生變化如圖所示。圖2-3反電動(dòng)勢(shì)α=30o時(shí)的波形由以上分析可見(jiàn)，當(dāng)α≤60o時(shí)，ud波形均連續(xù)，對(duì)于帶大電感的反電動(dòng)勢(shì)，id波形由于電感的作用為一條平滑的直線并且也連續(xù)。3）當(dāng)α＞60o時(shí)如α＝90o時(shí)電阻負(fù)載情況下的工作波形如圖4所示。圖2-4反電動(dòng)勢(shì)α＝90o時(shí)的波形2.3各參數(shù)的計(jì)算三相橋式全控整流電路中，整流輸出電壓的波形在一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)6次，且每次脈動(dòng)的波形相同，因此在計(jì)算其平均值時(shí)，只需對(duì)一個(gè)脈波（即1/6周期）進(jìn)行計(jì)算即可。此外，因?yàn)樗噪妷狠敵霾ㄐ问沁B續(xù)的，以線電壓的過(guò)零點(diǎn)為時(shí)間坐標(biāo)的零點(diǎn)，可得整流輸出電壓連續(xù)時(shí)的平均值為。(4-1)輸出電流平均值為。(4-2)3三相橋式全控整流電路的具體設(shè)計(jì)反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載，E=60V，電阻R=10Ω，電感L無(wú)窮大使負(fù)載電流連續(xù)；U2=220V，晶閘管觸發(fā)角α=30°1）輸出平均電壓把和U2=220V代入式（4-1）計(jì)算有。2）輸出平均電流，把E=60V,R=10Ω,代入式（4-2）計(jì)算有。3）輸出波形分析時(shí)的輸出波形如圖11所示。圖11整流電路的輸出波形如圖11所示，從ωt1時(shí)刻開(kāi)始把一個(gè)周期等分為6份，在Wt1時(shí)刻共陰極組VT1晶閘管接受到觸發(fā)信號(hào)導(dǎo)通，此時(shí)陰極輸出電壓Ud1為幅值最大的a相相電壓；到Wt2時(shí)刻下一個(gè)觸發(fā)脈沖到來(lái)，此時(shí)a相輸出電壓降低，b相輸出電壓升高，于是陰極輸出電壓變?yōu)閎相相電壓；到Wt3時(shí)刻第三個(gè)脈沖到來(lái)，晶閘管VT1關(guān)斷而晶閘管VT2導(dǎo)通，輸出電壓為此時(shí)最高的c相相電壓；重復(fù)以上步驟，即共陰極組輸出電壓Ud1為在正半周的包絡(luò)線。共陽(yáng)極組中輸出波形原理與共陰極組一樣，只是每個(gè)觸發(fā)脈沖比陰極組中脈沖相差180度。6個(gè)時(shí)段的導(dǎo)通次序如表1所示一樣，只是Wt1從零時(shí)刻往后推遲30度而已。這樣就得出最后輸出整流電壓為共陰極組輸出電壓與共陽(yáng)極組輸出電壓的差即Ud=Ud1-Ud2而由于電路中大電感L的作用，輸出的電流為近似平滑的一條直線。圖中同時(shí)給出了變壓器二次側(cè)a相電流

ia

的波形，該波形的特點(diǎn)是，在VT1處于通態(tài)的120o期間，ia為正，由于大電感的作用，ia波形的形狀近似為一條直線，在VT4處于通態(tài)的120o期間，ia波形的形狀也近似為一條直線，但為負(fù)值?？偨Y(jié)本文首先對(duì)三相橋式整流的最基本電路基本理論進(jìn)行了介紹分析，即對(duì)純電阻負(fù)載的電路選取不同觸發(fā)角的波形進(jìn)行了重點(diǎn)分析。將典型的觸發(fā)角α=0,20,60,90的不同情況進(jìn)行分析。結(jié)合波形說(shuō)明三相橋