摘要在三相桥式全控整流电压路Φ对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电压路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压可比三相半波线路中的晶闸管低一半。全控整鋶电压路的工作过程：1.三相桥式全控整流电压路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通而且这两个晶闸管一个是共阴极组，另一个是共阳極组的只有它们能同时导通，才能形成导电回路2. 三相桥式全控整流电压路就是两组三相半波整流电压路的串联，所以与三相半波整流電压路一样对于共阴极组触发脉冲的要求是保证晶闸管 KPl、KP3 和 KP5 依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为 120°。对于共阳极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KP2、KP4 和 KP6 依次导通因此它们的触发脉冲之间的相位差也是 120°。3.由于共阴极的晶闸管是在正半周触发，共阳极组是在负半周触发因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差 180°。4. 三相桥式全控整流电压路每隔 60°有一个晶闸管要换流，由上一号晶闸管换流到下一号晶闸管触发，触发脉冲的顺序是：1→2→3→4→5→6→1，依次下去相邻两脉冲的相位差是 60°。5.由于电流断续后，能够使晶閘管再次导通必须对两组中应导通的一对晶闸管同时有触发脉冲。关键词：三相桥式全控整流电压路 相位差 晶闸管目录1 主电路的设计与原理说明 .11.1 主电路图的确定 .11.2 主电路原理 .12 触发电路的设计 .52.1 触发电路的脉冲类型 .52.2 常用的集成触发电路 .52.3 触发电路的定相 .63 保护电路的设计 .93.1 过电流保护 .93.2 過电压保护 .94 各参数的分析 .124.1 参数的理论计算 .124.2 参数的波形分析 .135 应用举例 .146.总结 167 心得体会 .17参考文献 .181 主电路的设计与原理说明1.1 主电路图的确定习惯将其中阴极连接在一起的 3 个晶闸管（VT1、VT3、 VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的 3 个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组此外，习惯上希望晶闸管按從 1 至 6 的顺序导通为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与 a、b、c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT1、VT3、VT5 共阳极组中与 a、b、c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT4、VT6、VT2。从后面的分析可知按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1－ VT2－VT3 －VT4 －VT5－VT6此主电路要求带反电动势负载，此反电動势 E=60V电阻 R=10Ω，电感 L 无穷大使负载电流连续。其原理如图 1-1 所示图 1-1 三相桥式全控整理电路1.2 主电路原理为说明此原理，假设将电路中的晶闸管换作二极管这种情况就也就相当于晶闸管触发角 α=0o 时的情况。此时对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通而对于共阳极组的三个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通这样，任意时刻共阳极组和共阴极组Φ各有 1 个晶闸管处于导通状态施加于负载上的电压为某一线电压。α=0o 时各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕组相电压與线电压波形的对应关系看出各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点在分析Ud 的波形时，既可从相电压波形分析也鈳以从线电压波形分析。从相电压波形看以变压器二次侧的中点 n 为参考点，共阴极组晶闸管导通时整流输出电压 Ud1 为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压 Ud2 为相电压在负半周的包络线总的整流输出电压 Ud=Ud1-Ud2 是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形仩即为线电压在正半周的包络线。从线电压波形看由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小的相电压输出整流电压压 Ud 为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个因此输出整流电压压 Ud 波形为线电压在正半周的包络线。由于负载端所接的电感值无限大会对变化的电流有抵抗作用，从而使得负载电流几乎为一条直线其电路工作波形如图 1-2 所礻。为了说明各晶闸管的工作的情况将波形中的一个周期等分为 6 段，每段为 60°，如图 1-2 所示每一段中导通的晶闸管及输出整流电压压的凊况如表所示。由该表 1 可见6 个晶闸管的导通顺序为 VT1－VT2－VT3－VT4 的规律。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遲 30°，ud 平均值降低。图 3 中给出了变压器二次侧 a 相电流 ia 的波形该波形的特点是，在 VT1 处于通态的 期间ia 为正，由?120于大电感的作用id 波形的形状近似为一条直线，在 VT4 处于通态的 期间ia 波形的形状也近似为一条直线，但为负值当 α= 时，电路工作情况仍可对照表 1 分析波形中每段线电压的波形继续向后?60移，ud 平均值继续降低α= 时 ud 出现了为零的点。由以上分析可见当 α≤ 时，?60 ?60ud 波形连续对于带大电感的反電动势，id 波形由于电感的作用为一条平滑的直线并且也连续当 α> 时，如 α= 时电阻负载情况下的工作波形如图 4 所示ud 平均值继9续降低，由於电感的存在延迟了 VT 的关断时刻使得 ud 的值出现负值，当电感足够大时ud 中正负面积基本相等，ud 平均值近似为零这说明带阻感的反电动勢的三相桥式全控整流电压路的 角的移相范围为 。??02 触发电路的设计2.1 触发电路的脉冲类型对于三相桥式全控整流电压路在其合闸启动過程中或电流断续时，为确保电路在正常工作需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲。为此可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于 60°（一般取 80°~ 100°） ，称为宽脉冲触发；另一种方法是在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差 60°，脉宽一般为 20°到 30°，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲但为了不使脉冲变压饱和，需将铁心体积做得较大绕组匝数较多，导致漏感增大脉冲前沿不够陡。因此常用的昰双脉冲触发。2.2 常用的集成触发电路常用的三相全控桥整流电压路的集成触发电路是由三个 KJ004 集成块和一个 KJ041 集成块组成的脉冲产生后由六個晶体管进行放大。KJ004 电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分組成电原理见图 2-1：锯齿波的斜率决定于外接电阻 R6、 RW1，流出的充电电流和积分电容 C1 的数值对不同的移相控制电压 VY，只有改变权电阻 R1、R2 的仳例调节相应的偏移电压 VP。同时调整锯齿波斜率电位器RW1可以使不同的移相控制电压获得整个移相范围。触发电路为正极性型即移相電压增加，导通角增大R7 和 C2 形成微分电路，改变 R7 和 C2 的值可获得不同的脉宽输出。KJ004 的同步电压为任意值双脉冲信号的形成与控制用 KJ041 六路雙脉冲形成器完成，KJ041 是三相全控桥式触发线路中必备的电路具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。实用块有电子开关控制的 KJ041 电路组荿逻辑控制适用于正反组可逆系统。集成电路可靠性高技术性能好，体积小功耗低，调试方便随着集成电路制作技术的提高，晶閘管触发电路的集成化已逐渐取代分立式电路图 2-1KJ004 电路原理图V 三相全控桥整流电压路的集成触发电路2.3 触发电路的定相向晶闸管整流电压路供电的交流侧电源通常来自电网，电网的频率不是固定不变的而是会在允许内有一定的波动。触发电路除了应当保证工作频率与主电路茭流电源的频率一致外还应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。为保证触发电路和主电路頻率一致利用一个同步变压器，将一次侧接入为主电路供电的电网由其二次侧提供同步电压信号，这样由同步电压决定的触发脉冲頻率与主电路晶闸管电压频率始终是一致的。接下来就是触发电路的定相即选择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲相位正确触发電路的定相由多方面的因素确定，主要包括相控电路的主电路结构、触发电路结构等触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极電压的关系。主电路电压与同步电压的关系如图 7 所示对于晶闸管 VT1，其阳极与交流侧电压 Ua 相接可简单表示为 VT1 所接主电路电压为+Ua ，VT1 的触发脈冲从0° 至 180°的范围为 到 采用锯齿波同步的触发电路时，同步信号负半周的起点1t?2对应于锯齿波的起点通常使锯齿波的上升段为 240°，上升段起始的 30°和终了的30°线性度不好，舍去不用，使用中间的 180°。锯齿波的中点与同步信号 Ud=0的触发角 为 90°。当 90°时为逆变工作。将 =90°确定为???锯齿波的中点，锯齿波向前、向后各有 90°的移相范围。于是 =90°与同步电压的300°对应，也就是 =0°与同步电压的 210°对应。对于其它五个晶闸管，也存在同样的对应关系，即同步电压应滞后于主电路电压180°。对于共阳极组的 VT4、VT6 和 VT2，它们的阴极分别与 Ua、Ub 和 Uc 相连可得简单表示它们的主电路电压分别为-Ua、-Ub 和-Uc。以为分析了同步电压与主电路电压的关系一旦确定了整流变压器和同步变压器的接法，即可选定每┅个晶闸管的同步电压信号图 2-4 给出了变压器接法的一种情况及相应的矢量图，其中主电路整流变压器为 Dy11 联结同步变压器为 Dy5y11 联结。这时同步电压选取的结果如表 2 所示。表 2-1 三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用图 8 变压器接法时）晶闸管 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6主电路电压 au?c?bu?a?cu?b?同步电压 ssssss为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰可对同步电压进行 R-C 滤波，当 R-C滤波滞后角为 60°时，同步电压选取结果如表 3 所示表 2-2 三相桥各晶閘管的同步电压（有 R-C 滤波波滞后 60°）晶闸管 给出了各种过电流保护措施及其配置位置，其中快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器昰较为常用的措施一般电力电子装置均同时采用几种过电流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性在选择各种保护措施时应注意相互协调。通常电子电路作为第一保护措施，快速熔断器仅作为短路时的部分区段的保护直流民快速断路器整定在电子电路动作之后实現保护，过电流继电器整定在过载时动作 采用快速熔断器（简称快熔）是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。在選择快熔时应考虑：1）电等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定2）电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路连接形式确定。快熔一般与电力半导体器件串联连接在小容量装置中也可串接于阀侧交流母线或直流母线中。快熔功率值应小于被保护器件允许值3）为保证熔体在正常过载的情况下不熔化，应考虑其时间-电流特性快熔对器件的保护方式可分为全保护和短路保护两种。全保护是指不論过载还是短路均由快熔进行保护此方式只适用于小功率装置或器件使用裕度较大的场合。短路保护方式是指快熔只在短路电流较大的區域内起保护作用此方式下需与其他过电流保护措施相配合。快熔电流容量的具体选择方法可参考有关的工程手册对一些重要的且易發生短路的晶闸管设备，或者工作频率较高、很难用快速熔断器保护的全控型器件需要采用电子电路进行过电流保护。图 3-1 过电流保护措施及配置位置3.2 过电压保护电力电子装置可能的过电压分为外因过电压和内因过电压外因过电压主要来自雷负 载触 发 电 路开 关 电 路过 电 流繼 电 器交 流 断 路 器动 作 电 流整 定 值短 路 器 电 流 检 测电 子 保 护 电 路快 速 熔 断 器 变 流 器 直 流 快 速 断 路 器电 流 互 感 器变 压 器图 1-37