基于相量圖的三相全控橋整流波形分析

曹羅生

（廣州康大職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 511363）

三相全控橋整流是晶閘管變流[1]的一種重要的應(yīng)用技術(shù)，具有電壓脈動小，脈動頻率高的特點(diǎn)。與三相半波整流電路相比，在輸入交流電源電壓相同、控制角相同時(shí)，輸出的直流電壓平均值可提高二倍[2]。但電路工作原理分析，即輸出電壓波形分析比較抽象，有一定的分析難度。因此，如何利用交流電壓相量圖[3]進(jìn)行相量幾何運(yùn)算，使輸出電壓波形的推導(dǎo)、分析變得比較簡單直觀，是理解三相全控橋工作原理的一個(gè)關(guān)鍵。

一、三相全控橋整流原理

圖1 三相全控橋整流電路

三相全控橋整流電路[4]如圖1所示，它由共陰極組和共陽極組共6個(gè)晶閘管組成，其中共陰極組由VT1、VT3和VT5組成，共陽極組VT2、VT4和VT6組成。電路工作時(shí)，共陰極組和共陽級組各有一個(gè)晶閘管能導(dǎo)通[5]。假設(shè)控制角度 α=00，負(fù)載為阻性，忽略漏電抗影響，則上述電路中晶閘管 VT1→VT2→VT3 VT4→ VT5-→VT6→ VT1….的順序輪流導(dǎo)通，每只晶閘管一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通1200，每隔600由上一只晶閘管換到下一只晶閘管能導(dǎo)通。

二、電壓相量圖及相量運(yùn)算

圖2 三相電壓相量圖

全控橋整流電路（如圖1所示）三個(gè)輸入端電壓為Uu、Uv和 Uw，不妨假設(shè)（ωt-1200）其中 U 為三相交流電壓的有效值。則三相電壓的相量表達(dá)式為：úu=U＜00,úv=U＜-1200, úw= U＜1200,相量圖如圖 2 所示。

根據(jù)相量圖進(jìn)行何量幾何運(yùn)算：

三、輸出波形分析

圖3 三相全控橋整流波形

三相全控橋整流電路 α=00的波形[6]如圖 3所示。為分析方便，按六個(gè)自然換相點(diǎn)把一周等分為六區(qū)間段。在 1點(diǎn)到2點(diǎn)之間，U相電壓最高，V要電壓最低，在觸發(fā)脈沖的作用下，共陰極組的VT1被觸發(fā)導(dǎo)通，共陽極組的VT6被觸發(fā)導(dǎo)通。這期間電流由U相經(jīng)VT1流向負(fù)載，再經(jīng)VT6流入V相，負(fù)載上得到的電壓Ud=Uu-Uv=Uuv為線電壓。根據(jù)（2-1）式得：

在2點(diǎn)到3點(diǎn)之間，U相電壓仍然最高，VT1繼續(xù)導(dǎo)通，但W相電壓最低，使得VT2承受正向電壓，當(dāng)2點(diǎn)觸發(fā)脈沖送上來時(shí)，VT2被觸發(fā)導(dǎo)通，使VT6承受反向電壓而關(guān)斷。這期間電流由U相經(jīng)VT1流向負(fù)載，再經(jīng)VT2流入W相，負(fù)載電壓 Ud=Uu-Uw=Uuw為線電壓。根據(jù)（2-3）式得：

依此類推，根據(jù)（2-2）、（2-4）、（2-5）和（2-6）式可得到在一個(gè)導(dǎo)通周期內(nèi)其余 4個(gè)區(qū)間段的輸出電壓分別如下所示。

四、結(jié)束語

變流技術(shù)是自動化技術(shù)的包括電氣自動化，電力系統(tǒng)自動化與機(jī)電一體化等專業(yè)的必修內(nèi)容。全控橋整流是一種基本的變流技術(shù)，其工作原理的分析，即整流電路輸出波形的分析比較抽象，不容易理解。原因是在電路的一個(gè)導(dǎo)通周期區(qū)間，輸出電壓波形由六個(gè)正弦函數(shù)的圖像復(fù)合而成，即

在教學(xué)過程中如果能采取以下幾個(gè)措施組織這部分教學(xué)內(nèi)容，將使全控橋整流原理的理解變得更簡單直觀。

1．將電路的輸入/輸出電壓采用相量表示，畫出電壓相量圖

2．采用幾何方法求出六個(gè)線電壓相量，并將它們轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的正弦函數(shù)解析式

3．先畫出6Usin（ωt）函數(shù)的圖像，再利用正弦函數(shù)圖像平移方法畫出6個(gè)線電壓正弦函數(shù)圖像，即一個(gè)導(dǎo)通周期的整流輸出波形。

[1] 萬百五. 自動化概論[M]. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2008.

[2] 劉峰. 電力電子技術(shù)[M]. 大連：大連理工大學(xué)出版社，2011.

[3] 曾方. 電力電子技術(shù)[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

[4] 董建華. 電路分析基礎(chǔ)[M]. 大連：大連理工大學(xué)出版社，2010.

[5] 王冠華，王伊娜. Maltisim8電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M]. 北京：國際工業(yè)出版社，2006.

[6]陳炳若，等 “微電子技術(shù)”實(shí)踐課的教學(xué)模式[J]. 高等理科教育，2004，（2）