任务4 三相集成触发电路及三相整流电路的调试_电力电子与运动控制技术项目化教程-QQ阅读都市男生网

书名：电力电子与运动控制技术项目化教程
作者名：李月芳陈柬
本章字数：7055字
更新时间：2025-02-23 04:44:00

任务4　三相集成触发电路及三相整流电路的调试

学习目标

（1）能正确调试三相集成触发电路。

（2）能正确调试三相半波、三相桥式整流电路。

（3）能对三相半波、三相桥式整流电路的故障进行分析与排除。

相关知识

一、三相半波整流电路

1.三相半波不可控整流电路为了更好地理解三相半波可控整流电路，先来看一下由二极管组成的三相半波不可控整流电路，如图1-38（a）所示。此电路可由三相变压器供电，也可直接接到三相四线制的交流电源上。变压器二次电压有效值为U2，线电压为U2L。其接法是三个整流管的阳极分别接到变压器二次[侧]的三相电源上，而三个阴极接在一起，接到负载的一端，负载的另一端接到整流变压器的中性线上，形成回路。此种接法称为共阴极接法。

图1-38　三相半波不可控整流电路的电路图及工作波形图

图1-38（b）为三相交流电ua、ub和uc的波形图。ud是输出电压的波形，uVD是二极管承受电压的波形。由于整流二极管导通的唯一条件就是阳极电位高于阴极电位，而三只二极管又是共阴极连接的，且阳极所接的三相电源的相电压是不断变化的，所以哪一相的二极管导通就要看其阳极所接的相电压ua、ub和uc中哪一相的瞬时值最高，则与该相相连的二极管就会导通；其余两只二极管就会因承受反向电压而关断。例如，在图1-38（b）中，ωt1～ωt2区间，a相的瞬时电压值ua最高，因此与a相相连的二极管VD1优先导通，所以与b相、c相相连的二极管VD2和VD3则分别承受反向线电压uba、uca关断。若忽略二极管的导通压降，此时，输出电压ud就等于a相的电源电压ua。同理，当ωt2时，由于b相的电压ub开始高于a相的电压ua而变为最高，因此，电流就要由VD1换流给VD2，VD1和VD3又会承受反向线电压而处于阻断状态，输出电压ud=ub。同样在ωt3以后，因c相电压uc最高，所以VD3导通，VD1和VD2受反压而关断，输出电压ud=uc。以后又重复上述过程。

可以看出，三相半波不可控整流电路中三个二极管轮流导通，导通角均为120°，输出电压ud是脉动的三相交流相电压波形的正向包络线，负载电流波形形状与ud相同。

其输出直流电压的平均值Ud为

整流二极管承受的电压的波形如图1-38（b）所示。以VD1为例，在ωt1～ωt2区间，由于VD1导通，所以uD1为零；在ωt2～ωt3区间，VD2导通，则VD1承受反向电压uab，即uVD1=uab；在ωt3～ωt4区间，VD3导通，则VD1承受反向电压uac，即uVD1=uac。从图1-38（b）中还可看出，整流二极管承受的最大的反向电压就是三相电压的峰值，即

从图1-38（b）中还可看到，1、2、3这三个点分别是二极管VDl、VD2和VD3的导通起始点，即每经过其中一点，电流就会自动从前一相换流至后一相，这种换相是利用三相电源电压的变化自然进行的，因此把1、2、3这三个点称为自然换相点。

2.三相半波可控整流电路

三相半波可控整流电路有两种接线方式，分别为共阴极接法和共阳极接法。由于共阴极接法触发脉冲有共用线，使用调试方便，所以三相半波共阴极接法常被采用。

1）电阻性负载

将图1-39（a）中三个二极管换成晶闸管就组成了共阴极接法的三相半波可控整流电路。电路中，整流变压器的一次[侧]采用三角形联结，防止三次谐波进入电网；二次[侧]采用星形联结，可以引出中性线。三个晶闸管的阴极短接在一起，阳极分别接到三相电源上。

电路工作原理分析如下：

（1）0°≤α≤30°。α=0°时，三个晶闸管相当于三个整流二极管，负载两端的电流电压波形与图1-38所示（b）相同，晶闸管两端的电压波形，由三段组成：第一段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为uVT1=0；第二段，在VT1关断后，VT2导通期间，uVT1=ua-ub=uab，为一段线电压；第三段，在VT3导通期间，uVT1=ua-uc=uac，为另一段线电压。如果增大控制角α，将脉冲后移，整流电路的工作情况相应地发生变化，假设电路已在工作，c相所接的晶闸管VT3导通，经过自然换相点“1”时，由于a相所接晶闸管VT1的触发脉冲尚未送到，VT1无法导通。于是VT3仍承受正向电压继续导通，直到过a相自然换相点“1”点30°，晶闸管VT1被触发导通，输出直流电压由c相换到a相，如图1-39（b）所示，为α=30°时的输出电压和电流波形以及晶闸管两端电压波形。

图1-39　三相半波整流电路及α=30°时的波形图

（2）30°≤α≤150°。当控制角α≥30°时，此时的电压和电流波形断续，各个晶闸管的导通角小于120°。α=60°的波形如图1-40所示。

三相半波可控整流电路基本物理量计算如下：

（1）整流输出电压的平均值：当0°≤α≤30°时，电流波形连续，通过分析可得

当30°≤α≤150°时，电流波形断续，通过分析可得

图1-40　三相半波整流电路α=60°时的波形图

（2）负载输出的平均电流。对于电阻性负载，电流与电压波形是一致的，数量关系为

（3）晶闸管承受的电压和控制角的移相范围。由前面的波形分析可知，晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次电压的峰值。电流断续时，晶闸管承受的是电源的相电压，所以晶闸管承受的最大正向电压为相电压的峰值。

最大反向电压为

最大正向电压为

由前面的波形分析还可知，当触发脉冲后移到α=150°时，正好为电源相电压的过零点，后面晶闸管不再承受正向电压，也就是说，晶闸管无法导通。因此，三相半波可控整流电路在电阻性负载时，控制角的移相范围是0～150°。

2）电感性负载

电感性负载，当L值很大时，id波形基本平直。

α≤30°时，整流电压波形与电阻性负载时相同。

α>30°时（如α=60°时的波形图如图1-41所示），ua过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反向电压使其关断，ud波形中出现负的部分。电感性负载时的移相范围为90°。

（1）整流输出电压的平均值：

Ud=1.17U2cosα　　（1-55）

（2）负载输出的平均电流：

（3）变压器二次电流，即晶闸管电流有效值：

（4）晶闸管的额定电流：

（5）晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值，即

UFM=URM=2.45U2　　（1-59）

图1-41中id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。

三相半波整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，因此其应用较少。

例1-4　三相半波相控整流电路，大电感负载，电源电压U2=220V，Rd=2Ω，α=45°，试计算：Ud、Id，画出ud波形并选择VT型号。

解　　Ud=1.17U2cosα=182V

Id=Ud/Id=91A

图1-41　电感性负载α=60°时的波形图

，取1600（或1400、1200V）

选择型号为KP50-16（或KP50-14、KP50-12）。

3.三相半波共阳极可控整流电路

把三只晶闸管的阳极接成公共端连在一起就构成了共阳极接法的三相半波可控整流电路。由于阴极不同电位，要求三相的触发电路必须彼此绝缘。由于晶闸管只有在阳极电位高于阴极电位时才能导通，因此晶闸管只在相电压负半周被触发导通，换相总是换到阴极更负的那一相。输出电压的平均值为

Ud=-1.17U2cosα　　（1-60）

二、三相桥式全控整流电路

1.电阻性负载

1）电路组成

三相桥式全控整流电路实质上是一组共阴极半波可控整流电路与共阳极半波可控整流电路的串联，在上一节的内容中，共阴极半波可控整流电路实际上只利用电源变压器的正半周，共阳极半波可控整流电路只利用电源变压器的负半周，如果两种电路的负载电流一样大小，可以利用同一电源变压器，即两种电路串联，便可得到三相桥式全控整流电路，电路组成如图1-42所示。

图1-42　三相桥式全控整流电路的电路组成

2）工作原理（以电阻性负载，α=0°分析）

在共阴极组的自然换相点分别触发VT1、VT3、VT5晶闸管，共阳极组的自然换相点分别触发VT2、VT4、VT6晶闸管，两组的自然换相点对应相差60°，电路各自在本组内换流，即VT1→VT3→VT5→VT1，VT2→VT4→VT6→VT2，每个晶闸管轮流导通120°。由于中性线断开，要使电流流通，负载端有输出电压，必须在共阴极组和共阳极组中各有一个晶闸管同时导通。

ωt1～ωt2期间，a相电压最高，b相电压最低，在触发脉冲作用下，VT6、VT1同时导通，电流从a相流出，经VT1、负载、VT6流回b相，负载上得到a、b线电压uab。从ωt2开始，a相电压仍保持电位最高，VT1继续导通，但c相电压开始比b相更低，此时触发脉冲触发VT2导通，迫使VT6承受反压而关断，负载电流从VT6中换到VT2，以此类推，负载两端的波形图如图1-43所示。各期间导通晶闸管及负载电压情况见表1-6。

3）三相桥式全控整流电路的特点

（1）必须有两个晶闸管同时导通才可能形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各一个，且不能为同一相的器件。

（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的脉冲也依次差120°。同一相的上下两个晶闸管，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180°。

触发脉冲要有足够的宽度，通常采用单宽脉冲触发或采用双窄脉冲触发。但实际应用中，为了减少脉冲变压器的铁芯损耗，大多采用双窄脉冲触发。

图1-43　三相桥式电阻性负载α=0°的波形图

表1-6　导通晶闸管及负载电压

4）不同控制角时的波形分析

（1）α=30°时的工作情况，波形图如图1-44所示。

图1-44　三相桥式全控整流电路α=30°的波形图

这种情况与α=0°时的区别在于：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ωt1开始把一周期等分为六段，ud波形仍由六段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表1-6的规律。变压器二次电流ia波形的特点：在VT1处于通态的120°期间，ia为正，ia波形的形状与同时段的ud波形相同；在VT4处于通态期间，ia波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负值。

（2）α=60°时的工作情况，波形图如图1-45所示。

此时ud的波形中每段线电压的波形继续后移，ud平均值继续降低。α=60°时，ud出现为零的点，这种情况即为输出电压ud连续和断续的分界点。

（3）α=90°时的工作情况，波形图如图1-46所示。

此时ud的波形中每段线电压的波形继续后移，ud平均值继续降低。α=90°时，ud波形断续，每个晶闸管的导通角小于120°。

图1-45　三相桥式全控整流电路α=60°的波形图

小结：

（1）当α≤60°时，ud波形均连续，对于电阻性负载，id波形与ud波形形状一样，也连续。

（2）当α>60°时，ud波形每60°中有一段为零，ud波形不能出现负值，带电阻性负载时三相桥式全控整流电路α的移相范围是0°～120°。

2.电感性负载

1）工作原理

（1）α≤60°时，ud波形连续，工作情况与带电阻性负载时十分相似，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。

两种负载的区别在于：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。α=30°的波形图如图1-47所示。

（2）α>60°时，电感性负载时的工作情况与电阻性负载时不同，电阻性负载时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，α=90°的波形图如图1-48所示。可见，带电感性负载时，三相桥式全控整流电路的α移相范围为0°～90°。

图1-46　三相桥式全控整流电路α=90°的波形图

图1-47　三相桥式电感性负载α=30°的波形图

图1-48　三相桥式电感性负载α=90°的波形图

2）基本的物理量计算

（1）整流电路输出直流平均电压：

当整流输出电压连续时（即带电感性负载时，或带电阻性负载且α≤60°时）的平均值为

带电阻性负载且α>60°时，整流电压平均值为

（2）输出电流平均值：

Id=Ud/R　　（1-63）

（3）变压器二次电流有效值。当整流变压器采用星形接法，带电感性负载时，变压器二次电流为正负半周各宽120°、上升沿相差180°的矩形波，其有效值为

晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。

任务要求

（1）三相集成触发电路的调试。

（2）三相半波整流电路的调试。

（3）三相桥式整流电路的调试。

任务分析

三相集成触发电路适用于三相半波整流电路和三相桥式整流电路。三相集成触发电路由TC787扩展而成，移相触发角的改变是随给定电压改变的。

任务实施

1.三相集成触发电路的调试

三相集成触发电路由TC787扩展而成，主要包括电压给定、TC787及外围电路、功率放大电路组成。三相集成触发电路接线图如图1-49所示，实物图如图1-50所示。

按图1-49接线。将给定开关S2拨到停止位置（即Uct=0），调节PAC13-2上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使α=180°。

将S1拨到正给定、S2拨到运行，适当增加给定Ug的正电压输出，观测PAC13-2上VT1～VT6的波形，用20芯的扁平电缆，将PAC13-2功放电路的“触发脉冲输出”端和PAC10“触发脉冲输入”端相连，观察VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常，此步骤结束后按下电源控制屏上的“停止”按钮。

图1-49　三相集成触发电路接线图

2.三相半波可控整流电路的调试

图1-51中晶闸管用PAC10中的三个，电阻R用450Ω可调电阻（将两个900Ω接成并联形式），电感Ld用PAC10面板上的200mH电感，其三相触发信号由PAC13-2内部提供，只需在其外加一个给定电压接到Uct端即可，给定电压在PAC09A挂箱上。

图1-50　三相集成触发电路实物图

按图1-51接线，将可调电阻调制最大阻值处，按下MEC01电源控制屏上的“启动”按钮，打开PAC09A、PAC13-2上的电源开关，PAC09A上的“给定”从零开始，慢慢增加移相电压，使α能在30°～170°范围内调节，用示波器观察并记录α=30°、60°、90°、120°、150°时，整流输出电压ud和晶闸管两端电压uT的波形，记录相应交流电源电压U2、直流负载电压Ud和电流Id的数值。

将PAC10上200mH的电抗器与负载电阻R串联后接入主电路，观察并记录α=30°、60°、90°时ud、id的输出波形，并记录相应的电源电压U2及Ud、Id值。

图1-51　三相半波可控整流电路接线图

3.三相桥式可控整流电路的调试

三相桥式可控整流电路原理图如图1-52所示。

三相集成触发电路的调试同之前内容。

图1-52　三相桥式可控整流电路原理图

图1-52中，三个晶闸管和电抗器在PAC10面板上，三相触发电路在PAC13-2上，二极管和给定电压信号在PAC09A上，直流电压表、电流表从MEC21上获得，电阻R用450Ω（将MEC42上的两个900Ω接成并联形式）。

按图1-52接线，将“给定”输出调到零（逆时针旋到底），使可调电阻在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使α在30°～120°范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R，使得负载电流Id保持在0.6A左右（注意Id不得超过0.65A）。用示波器观察并记录α=30°、60°及90°时的整流电压ud和晶闸管两端电压uT的波形，记录相应交流电源电压U2、直流负载电压Ud和电流Id的数值。

课后练习

一、选择题

1.三相可控整流电路与单相可控整流电路相比，输出直流电压的纹波系数（　）。

A.三相的大　　B.单相的大　　C.一样大

2.三相桥式全控整流装置中一共用了（　）晶闸管。

A.三只　　B.六只　　C.九只

3.若可控整流电路的功率大于4kW，宜采用（　）整流电路。

A.单相半波可控　　B.单相全波可控　　C.三相可控

4.三相半波可控整流电路，电阻性负载，当控制角α为（　）时，整流输出电压与电流波形断续。

A.0°<α≤30°　　B.30°<α≤150°

C.60°<α<180°　　D.90°<α<180°

5.三相桥式全控整流电路，大电感负载，当α为（　）时，整流平均电压Ud=0。