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第二章三相相控整流电路第一节三相半波相控整流电路第二节三相桥式相控整流电路第三节整流电路的换相压降、外特性和直流电动机的机械特性第五节晶闸管相控触发电路第四节晶闸管的保护与容量扩展第六节触发脉冲与主电路电压的同步——脉冲变压器与防误触发措施一、三相半波（三相零式）不可控整流电路三相半波不可控整流电路第一节三相半波相控整流电路由三相变压器供电，也可直接接到三相四线制交流电网，二次相电压有效值为U2Φ，线电压为U21，其表达式为三只整流管的阴极连在一起接到负载端，称为共阴接法，三个阳极分别接到变压器二次侧，变压器为三角形／星形联结。直流平均电压值为将三相半波整流输出电压ud波形用富氏级数展开可得其中直流分量即为输出电压的平均值Ｕd，最低次的谐波为三次谐波分量，其幅值为U2Φ，其纹波因数为o．183远比单相小。整流输出电压ud和管子二端电压uD的波形在调试与维修时很有用，根据波形可判断各元件的工作是否正常以及故障出在何处。二、三相半波相控整流电路将整流管换成晶闸管即为三相半波相控整流电路。（一）电阻负载（二）大电感负载输出直流电压为输出电流平均值为流过晶闸管的平均电流与有效电流分别为由于变压器二次侧流过晶闸管电流为120o底宽的矩形波电流为：一次电流有效值I1为变压器一次、二次功率分别为由上述计算可见，变压器一次电流与功率小于二次是由于二次电流存在直流分量的缘故。此时整流变压器的功率用平均值S来衡量为了扩大移相范围并使负载电流更平稳，可在大电感负载两端并接续流二极管。三、共阳接法三相半波相控整流电路在某些整流装置中，考虑能共用一块大散热器与安装方便采用共阳接法，缺点是要求三个管子的触发电路的输出端彼此绝缘。三相半波整流电路只需三只晶闸管，与单相整流相比，输出电压脉动小、输出功率大、三相负载平衡。第二节三相桥式相控整流电路为了克服三相半波电路的缺点，利用共阴与共阳接法对于整流变压器电流方向相反的特点，用一个变压器同时对共阴与共阳两组整流电路供电。一、三相桥式全控整流电路所以三相桥式电路实质上是三相半波共阴与共阳极组的串联。a为三相桥式全控整流电路，变压器采用Dy接线，负载串联大电感，b为α＝０o时的管子导通情况与波形。三相桥式全控整流电路对触发脉冲有特定要求。为了使六个晶闸管的触发导通顺序符合自然顺序，在三相电源正序情况下，编号为VT1、VT4管分别接A相(A相可任意指定但相序不能反)，VT3、VT6接B相，VT5、VT2接C相，这样触发脉冲与管子导通的顺序为1→2→3→4→5→6，间隔为60o。为了保证电路能启动工作和电流断续后能再触发导通，必须给对应导通的两个晶闸管同时加上触发脉冲。为此可采用两种触发形式。一种是宽脉冲触发，每一个脉冲的宽度大于60o通常取90o，使换相后脉冲出现时前脉冲还未消失，以保证换相点均有相邻两个管子被触发。当电路控制角（α＞0o，α＝60o，90o）时输出电压波形二、三相桥式半控整流电路三个共阳连接的整流管总在三相相电压波形负半周的自然换流点换流。使电流换到阴极电位更低的一相中去；而三个晶闸管则在脉冲触发点才能换流到阳极电位更高的一相中去。为使电路能起到续流效果，要选用正向压降小的续流管，整流桥输出端与续流管之间的连线应短而粗，最好选择维持电流较大的晶闸管。第三节整流电路的换相压降、外特性和直流电动机的机械特性图a）由于LB的存在，使得晶闸管的换流不能瞬时完成，在换相过程中会出现两条电路同时导电的所谓重叠导通现象。一、换相期间的输出电压换流期间输出直流电压为由图可见此值为式中的XB为变压器每相折算到二次侧的漏抗，此值可根据变压器的铭牌数值求得，U2e，I2e为变压器二次额定电压电流，Ud1为变压器短路电压比，一般为5％～12％。二、相控整流电路的外特性相控整流电路对直流负载来说是一个带内阻的可变直流电源。直流输出电压为式中，Ｕd0cosα为空载直流输出电压；Ｒi为整流桥内阻；三相半波电路电流只流过一个管子n取1，三相桥式n取2。三、晶闸管相控整流电路供电的直流电动机机械特性晶闸管相控整流电路供电的直流电动机调速系统，具有起动性能好、调速范围宽、动态和静态性能好等优点。此类调整装置应特别注意以下两个特殊问题：①晶闸管电路输出的直流电压是脉动的，如主电路平波电感量不够大或电动机轻载或空载时均会出现电流不连续，而电流连续与不连续时电动机的机械特性差别很大。②由于晶闸管的单向导电特性，整流装置的输出电流不能反向，因此当电机需要可逆运转时，必须用开关切换电机电枢成励磁，要求高的需增添另一套反向整流装置。（一）电流连续时直流电动机的机械特性（二）电流断续时直流电动机的机械特性1）机械特性变软，即电动机轴上负载转矩很小的变化能引起转速很大的变化。2）理想空载转速no升高。no是指电动机电流Id为零时的转速。（三）临界电流IdK与平波电抗的选择机械特性上断续与连续交界点的电流值称临界电流，用IdK表示图中弧形虚线即为临界线。第四节晶闸管的保护与容量扩展由于晶闸管的击穿电压接近工作电压，热容量小，承受过电压与过电流的能力很差，短时间的过电压、过电流都可能造成晶闸管的损坏。一、过电压保护根据产生的原因过电压可分两类：开、关过电压与雷击干扰过电压。研究过电压保护主要是了解过电压产生的原因与特性，采取适当的保护措施，使电路开关时出现的过电压限制在晶闸管额定电压范围内，使浪涌干扰过电压限制在晶闸管断态正反向不重复峰值电压UDSM、URSM值以下，保证装置正常工作。（一）晶闸管关断过电压及其保护这个电动势与外电压串联，反向加在已恢复阻断的晶闸管上，此过电压值可达工作峰值电压的5～6倍。对于这种尖峰状的瞬时过电压，常用的方法是晶闸管两端并接电容，利用电容电压不能突变的特性吸收尖峰过电压，把它限制在允许范围内。阻容参数（二）交流侧过电压及其保护交流侧电路在接通、断开时会出现过电压，通常发生在下列几种情况：①由高压电源供电或电压比很大的变压器供电，在一次侧合闸瞬间，由于一、二次绕组之间存在分布电容使高压耦合到低压出现过电压。解决办法是在单相变压器二次侧或三相变压器二次侧星形中点与地之间并联o．5μF左右电容，也可在变压器一、二次绕组间加屏蔽层。②与整流装置并联的其它负载或装置直流侧断开时，因电源回路电感产生感应电动势造成过电压。③整流变压器空载且电源电压过零时一次侧断电，因变压器励磁电流突变导致二次侧感应瞬时过电压。一般来说，开关速度越快过电压越高。（三）过电压保护器件对于电网遭受雷击或从电网侵入的干扰过电压称为偶发性浪涌电压，要求高的场合通常采用阀型避雷器。目前已大量采用压敏电阻等非线性元件，它是以氧化锌为基体的金属氧化物，有两个电极，极间充填有氧化铋等晶粒。正常电压时晶粒呈高阻态仅有100μA左右的漏电流，过电压时引起电子雪崩呈低阻使电流迅速增大吸收过电压。压敏电阻具有伏安特性。主要参数为：①漏电流为１mＡ时的额定电压值Ｕe亦称Ｕ1mA，②残压比为放电电流达规定值IY时的电压UY与Ｕ1mA之比。③允许通流容量为规定脉冲波形下允许通过的最大冲击电流。TVS具有单向与双向保护两种形式，接线形式与压敏电阻相同，有时产品用稳压管符号来表示。二、过电流保护晶闸管装置可能采用的几种过电流保护措施1）串接交流进线电抗或采用漏抗大的整流变压器，利用电抗限制短路电流。2）电流检测和过流继电器3）直流快速开关4）快速熔断器变流装置中大多采用几种过电流保护，各种保护必须选配调整恰当，快熔作为最后保护措施，非不得已希望不要熔断。三、电压及电流上升率的限制（一）电压上升率du／dt的限制晶闸管阻断时，其阳阴极之间相当一个结电容，当突加正向阳极电压时会产生充电电流，此电流流过门极相当于触发电流可能导致晶闸管误导通。因此对管子的最大正向电压上升率必须加以限制，如100A以上的KP型晶闸管允许断态电压临界du／dt值为100Vμs。在有整流变压器的装置中，由于变压器漏感与管子两端阻容吸收电路的作用，加到管子的du／dt值不会太大，在无整流变压器时可串入交流进线电抗，也可在每整流桥臂串入桥臂电感(20～30μＨ)或在桥臂上套入1～2个铁淦氧磁环。（二）电流上升率（di／dt）的限制晶闸管开通时，如阳极电流上升太快，使电流来不及扩展到整个管子的PN结面，造成门极附近因电流密度过大而烧毁，故必须限定晶闸管的通态电流临界di／dt值，如KP100管子其值为50A／μs。四、晶闸管的容量扩展（1）晶闸管串联并接均压电阻Ｒj是防止静态不均压的有效方法，图b为均压电阻连接，Ｒj值按下式选取均压电阻功率可按下式估算式中Um——器件承受正反向峰值电压；n——串联器件数；KRj——系数，单相为0．25，三相为0．45，直流为1。由于晶闸管两端的阻容吸收电路在串联时可起动态均压作用，故不必再另接电阻电容。（2）晶闸管并联器件并联，若一个管子先导通且管压降较低时，可能导致其它并联管子不能触发导通，使先导通的管子承担全部电流而烧毁。因此必须采用强触发，提高触发脉冲前沿以缩短管子开通时间，达到尽量保持导通一致。因此，非不得已最好不采用管子并联的做法。第五节晶闸管相控触发电路一、同步电压为正弦波的触发电路根据信号叠加的方式可分为串联叠加与并联叠加。串联叠加是各信号串联为电压相加进行控制。并联叠加控制是各控制信号并联为电流叠加，为了减小各信号间的相互影响，要求各信号提供电流呈恒流特性。因此并联叠加可变换成串联电压叠加，但并联叠加各控制信号可有公共接点，由于各信号串入大电阻，信号间相互影响小。因此调节ＲＰ（R4）即可调节脉宽，通常在三相全控电路中脉宽调至90o，各点波形如：由上述触发电路送出的触发脉冲只能在正弦波同步电压单调上升段范围内移相，为了保证在晶闸管需要的时刻收到触发脉冲而导通，触发电路引入的同步电压必须与被触发晶闸管的阳极电压之间保持严格的相位关系。由此可见，对于NPN晶体管组成的正弦波同步触发电路，要求电路工作在整流与有源逆变两种状态时，每只晶闸管触发电路的同步电压US，滞后被触发晶闸管的阳极电压120o，晶闸管VTl到VT2依次相差60o，对应触发电路的同步电压也依次相差60o，总之必须一一对应，这样才能保证六个晶闸管的控制角α一致。同步电压与晶闸管阳极电压之间要求的特定相位关系，可通过同步变压器的不同连接来实现。正弦波同步触发电路的优点是整流输出电压与控制电压成正比关系即Ｕd＝ＫＵc，电路可看成一个线性放大器。该触发电路还能部分补偿交流电压波动对直流电压的影响。可增设最小控制角αmin与最小逆变角βmin限制信号Uα1和Uβ1，电路和合成波形。二、同步电压为锯齿波的触发电路1．锯齿波形成、同步移相环节电路各点的波形：2．脉冲形成放大环节3．其它环节（1）强触发晶闸管采用强触发可缩短开通时间，提高管子承受电流上升率的能力，有利于改善串并联元件的动态均压与均流，增加触发的可靠性。因此在大中容量系统的触发电路都带有强触发环节。（2）双脉冲形成对于三相全控桥整流电路触发必须采用宽脉冲或双窄脉冲，本电路采用内双脉冲，由V5、V6管构成一个“或”门，不论哪个管子截止，电路即输出触发脉冲。为了得到双脉冲，六个触发电路的x、Y端可按图方式连接。需要特别注意：使用这种触发电路的晶闸管装置，要求三相电源有确定的相序。在新装置安装使用时，必须先测定电源的相序，按照装置要求正确连接，才能正常使用。（3）脉冲封锁在事故情况下或在可逆逻辑无环流系统，要求一组晶闸管桥路工作，另一组桥路封锁，这时可将脉冲封锁引出端接零电位或负电位，晶体管V7、V8就无法导通触发脉冲无法输出。三、集成触发器和数字式移相触发电力电子器件及其门控电路的集成化和模块化是电力电子技术的发展方向，其优点是体积小，功耗低，调试接线方便、性能稳定可靠。（一）KC04移相集成触发器引出管脚顺序由缺口开始，按逆时针方向排列。它与分立元件组成的锯齿波同步触发电路一样，由同步信号、锯齿波产生、移相控制、脉冲形成和整形放大输出等环节组成。KC04移相触发器主要用于单相或三相全控桥式装置，其主要技术数据如下：电源电压：DC±15V允许波动±