三相半波橋式全波整流及六脈沖整流電路精

1、三相半波、橋式（全波）整流及六脈沖整流電路1 .三相半波整流濾波當(dāng)功率進(jìn)一步增加或由于其他原因要求多相整流時(shí)，三相整流電路就被提了出來。圖1所示就是三相半波整流電路原理圖。在這個(gè)電路中，三相中的每一相 都和 單獨(dú)形成了半波整流電路，其整流出的三個(gè)電壓半波在時(shí)間上依次相差120o加，并且整流輸出波形不過。點(diǎn)，其最低點(diǎn)電壓心胡嚴(yán)呵二1/2耳式中up是交流輸入電壓幅值。并且在一個(gè)周期中有三個(gè)寬度為120。的整流半波。因此它的濾波電容器的容量 可以 比單相半波整流和單相全波整流時(shí)的電容量都小。ci /TJ圖i三相半波整流電路原理圖2 .三相橋式（全波）整流濾波圖2所示是三相橋式全波整流電路原理圖。圖3

2、是它們的整流波形圖。圖3 （a是 三相交流電壓波形；圖3 （b是三相半波整流電壓波形圖；圖3 （c是三相全波整流電 壓波形圖。在輸出波形圖中，N粗平直虛線是整流濾波后的平均輸出電壓值，虛線以下 和各正弦波的交點(diǎn)以上（細(xì)虛線以上）的小脈動(dòng)波是整流后未經(jīng)濾波的 輸出電壓波形。圖2三相橋式全波整流電路原理圖由圖1和圖2可以看出，三相半波整流電路和三相橋式全波整流電路的結(jié)構(gòu) 是有 區(qū)別的。(1)三相半波整流電路只有三個(gè)整流二極管，而三相全波整流電路中卻有六只整 流二極管；(2三相半波整流電路需要輸入電源的中線，而三相全波整流電路則不需要輸入 電源的中線。由圖3可以看出三相半波整流波形和三相全波整流電路

3、則不需要輸入電源的中 線。圖3三相整流的波形圖三相半波整流波形的脈動(dòng)周期是1200而三相全波整流波形的脈動(dòng)周期是600；三相半波整流波形的脈動(dòng)幅度和輸出電壓平均值：三相半波整流波形的脈動(dòng)幅度是: 1'二對(duì)(1式中U脈動(dòng)幅度電壓；up是正弦半波幅值電壓，比如有效值為380V的線電壓，其半波幅值電壓為：二”一(2那么其脈動(dòng)幅度電壓就是：一 -工V輸出電壓平均值Ud是從30o150o積分得，I (3)式中Ud-輸出電壓平均值；UA-相電壓有效值。如果濾波后再經(jīng)電容濾波，則輸出電壓就接近于幅值UPo三相全波整流波形的脈動(dòng)幅度是：y = y,(l-sin60°)=532AX0.134

4、= 7L3r輸出電壓平均值Ud是從60。120。積分得：5 - 1 伽/3)J 揪小血就 d (加)二 1.35 UAB=2.34 U A=514V (4式中Ud輸出電壓平均值，UAB線電壓有效值。如果濾波后再經(jīng)電容濾波，則輸出電壓就接近于幅值 Up由上面的計(jì)算還可以看出，三相全波整流比三相半波整流優(yōu)越得多，三相全波整流用比半波整流小得多的電容器就可以達(dá)到最大值。因此，UPS的輸入整流器中都采用了三相全波整流電路。3 .三相6脈沖整流器上面的三相全波整流是不穩(wěn)壓的，因此在UPS中都用晶閘管整流器(簡稱晶閘管) 代替了二極管整流器，如圖4所示。圖4三相橋式6脈沖全控整流電路原理圖圖中的晶閘管整流

5、器VS和二極管整流器VD的工作方式有很大區(qū)別。(1) 二極管整流器VD陽極和陰極之間的正向電壓只要大于其PN結(jié)的勢(shì)壘電壓，二極管就導(dǎo)通。而晶閘管整流器VS,在其控制極沒有觸發(fā)信號(hào)加上時(shí)，只要其 陽極和陰極之間的正向電壓不大到把管子擊穿，那么它就不導(dǎo)通。(2) 晶閘管整流器VS的導(dǎo)通條件有: 陽極和陰極之間的正向電壓。對(duì)于二極管整流器來說，這個(gè)電壓只要在 0.7V左右時(shí)，就開始導(dǎo)通了；而晶閘管一般規(guī)定在 6V以上 控制極觸發(fā)信號(hào)電壓。晶閘管一般都用脈沖觸發(fā)，要求這個(gè)電壓脈沖要有一定的幅度和寬度，沒有一定的幅度就不能抵消 PN結(jié)的勢(shì)壘電壓，沒有一定的 寬度就不能有足夠的時(shí)間使導(dǎo)通由一點(diǎn)擴(kuò)散到整個(gè)

6、PN結(jié)。一般要求幅度為35V, 寬度410 1 s,觸發(fā)電流5300mAVS導(dǎo)通的最小電流，一般對(duì)60mA維持電流。是指可以維持晶閘管整流器 20A到200A的晶閘管來說，規(guī)定其維持電流小于 擎住電流。是指晶閘管被打開而控制極觸發(fā)信號(hào)電壓消失后，可以維持 繼續(xù) 導(dǎo)通的最小電流，這個(gè)電流一般是維持電流的若干倍。 控制角a與導(dǎo)通角9為了表征晶閘管對(duì)交流電壓的控制行為而引出了這兩個(gè)參 量。圖5所示是控制角a與導(dǎo)通角9的關(guān)系。下面就對(duì)它們的含義進(jìn)行討 論。圖5控制角a與導(dǎo)通角9的關(guān)系控制角a。當(dāng)交流正半波加到晶閘管上時(shí)，就具有了使晶閘管導(dǎo)通的基礎(chǔ) 條件，什么時(shí)刻給晶閘管控制極加觸發(fā)信號(hào)使其開通呢？從交

7、流正弦波過。開 始，一直到晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通（時(shí)間b）的這段晶閘管不導(dǎo)通的時(shí)間0b,稱為控制角，用 a表示。由于晶閘管開啟很快，一般是小于1 口 S,故認(rèn)為加觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間就是晶閘 管被打開的時(shí)間，即一般都把開啟時(shí)間忽略不計(jì)。導(dǎo)通角9。由于晶閘管的開啟是一個(gè)正反饋過程，故打開后就不能自動(dòng)關(guān)斷， 這個(gè)導(dǎo)通過程要一直延續(xù)到電壓過0,把從開啟到截止這段時(shí)間稱為導(dǎo)通角，用9表 7J oUPS中的輸入整流器就是利用對(duì)上述這兩個(gè)參量的控制來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的。一般稱 這種 控制為“相控”。很明顯，在這里a+B =1800,就是說只要知道這兩個(gè)參數(shù)中的一個(gè)， 另一個(gè)也就知道了。4.六相全波整流和12脈沖整流器六相全波

8、整流及12脈沖整流器在一些UPS中為了提高輸入功率因數(shù)或者提高功率 容量，就采用了六相全波整流即12脈沖整流。實(shí)際上，在UPS中都采用的六相全波相 控整流，也就是通常所說的12脈沖整流。既然是12脈沖，就說明了兩個(gè)問題：一個(gè) 是采用了 12只晶閘管，一個(gè)是6相輸入電源。圖6 12脈沖整流電路圖6所示是12脈沖整流電路。不難看出，兩個(gè)整流器的結(jié)構(gòu)一模一樣，都是 三相 6脈沖整流，不同的是兩個(gè)整流器輸入變壓器的結(jié)構(gòu)不同，一個(gè)變壓器繞組是“ Y，型連 按，一個(gè)變壓器繞組是“型連接。這樣連接的結(jié)果就使二者的電壓相位差為30。，也即整流脈動(dòng)的最大寬度是300o由此得出多相整流時(shí)的最大脈動(dòng) 寬度（即晶閘管

9、導(dǎo)通 時(shí)間9 ）表達(dá)式為：a = 271 !PMM其中P為控制脈沖數(shù)，比如6脈沖時(shí)是60o, 12脈沖時(shí)是30o, 18脈沖時(shí)是20o, 24脈 沖時(shí)是15。等等，脈動(dòng)周期越小，其整流輸出電壓越高、越接近交流電壓峰 值，其表示 式為在區(qū)間的積分：-P) J A2Ua cos-二.二二（5）對(duì)于12脈沖半波整流來說，當(dāng)a=0時(shí)，UA1.414-220 （P/a）sin 15°-cosO°= 309r這已是220V相電壓的峰值；若是12脈沖全波整流，其值為:(6)當(dāng)a=0時(shí)其整流電壓：Ud=618V圖中兩個(gè)一樣的整流器輸出是通過各自的扼流圈后進(jìn)行并聯(lián)的，目的是使二者的輸 出電流

10、均衡，因?yàn)閮蓚€(gè)整流器雖然一樣，但它們的內(nèi)阻決不會(huì)一樣，就會(huì)造 成輸出電流的不均衡。因此，扼流圈的阻抗值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于整流器的內(nèi)阻，即整流器的內(nèi)阻和扼流圈 的阻抗相比可以忽略不計(jì)。由上面可知，整流相數(shù)越多，其整流輸出電壓的脈動(dòng)頻率越高，脈動(dòng)幅度越 小，脈動(dòng)系數(shù)就越小。輸出紋波就越低，紋波系數(shù)也就越小。圖 7給出了 12脈沖 整流時(shí)的波動(dòng)和多相半波整流時(shí)平均值接近峰值的情況。圖7 12脈沖整流時(shí)的波動(dòng)和多相半波整流時(shí)平均值接近峰值的情況下面也給出脈動(dòng)系數(shù)和紋波系數(shù)的表達(dá)式: 脈動(dòng)系數(shù)（7）紋波系數(shù)（8）為了有一個(gè)量的概念，表1給出了半波整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)、紋波系數(shù)I和 整流相數(shù)P的關(guān)系。由表中可以看出：三相全波（半波6相）整流比單相全波（半波2 相）整流時(shí)的麥冬系數(shù)'和紋波系數(shù)I小得多，比后者的1/10還小，當(dāng)然加在后面的 濾波電容也就小得多，這也就是為什么當(dāng)UPS的容量達(dá)到一定值時(shí)，都盡量采用三相全