基于能量轉換的三相橋式全控整流電路分析

王魯楊　程肖肖+　李然　黃思源

摘 要 文章分析了對于三相橋式全控整流電路在以往的教學過程中存在的問題，介紹了基于能量轉換的三相橋式全控整流電路的分析方法，結合實例說明該分析方法的有效性。

關鍵詞 能量轉換 三相橋 全控整流 分析

中圖分類號：TM461 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.08.014

Analysis of Three-phase Full Bridge Rectifier Circuit Based on

Energy Conversion

WANG Luyang[1]， CHENG Xiaoxiao[2]， LI Ran[1]， HUANG Siyuan[1]

（[1] Shanghai University of Electric Power， Shanghai 200090；

[2] State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company， Shanghai 200090）

Abstract This paper analyzed for three-phase full bridge controlled rectifier circuit in the teaching process in the past problems， introduces the analysis method of energy conversion of three-phase bridge fully controlled rectifier circuit based on， with examples to illustrate the validity of the method.

Keywords energy conversion； three-phase bridge； fully controlled rectifier； analysis

整流是將交流變換為直流的過程。三相橋式全控整流電路是一種重要的換流電路基本單元，在大型變流裝置諸如高壓直流輸電的換流閥中，都是由三相橋式全控整流電路構成多重變流電路。不僅如此，三相橋式全控整流電路的電路結構、各橋臂電力電子器件的觸發規律也適用于三相逆變、交流調壓等變流電路。故三相橋式全控整流電路在電氣類本科課程“電力電子技術”中具有重要的地位，是課程內容的重點及難點部分。

1 以往教學過程存在的問題

三相橋式全控整流電路的主電路如圖1所示。三相橋式全控整流電路被認為是由V1、V3、V5構成的共陰極三相半波可控整流電路和由V4、V6、V2構成的共陽極半波可控整流電路串聯而成的。

圖1 三相橋式全控整流電路原理圖

在以往的教學過程中，是按照工作波形分析三相橋式全控整流電路的工作過程，認為三相橋式全控整流電路的輸入電壓是共陰極三相半波可控整流輸出與共陽極三相半波可控整流的輸出差值。通常是先給出圖1所示電路的工作波形，如圖2 所示（觸發角為0€埃┤緩笳攵醞？所示工作波形分析三相橋式全控整流電路的工作特性。

分析過程如下。

（1）從相電壓看，共陰極晶閘管導通時，以變壓器二次側的中點n為參考點，整流輸出電壓ud1為相電壓在正半周的包絡線；

（2）共陽極晶閘管導通時，以變壓器二次側的中點n為參考點，整流輸出電壓ud2為相電壓在負半周的包絡線，

（3）總的輸出電壓ud= ud1- ud2，是兩條包絡線間的差值，對應線電壓在正半周的包絡線。

這樣的教學過程存在的問題是，三相橋式全控整流電路中的晶閘管，其工作的環境和在三相半波可控整流電路中是不一樣的，以電阻性負載為例，當觸發角>30€笆保魘涑鍪嵌閑模諶嗲攀餃卣韉緶分灰シ⒔？< 60€埃涑鼉筒歡閑鶴魑碚鞴慘跫魘涑齙繆溝膗d1出現了負值，表征共陽極整流輸出電壓的ud2出現了正值。

這樣的教學過程存在的另一個問題是：三相半波可控整流電路帶有電阻性負載時，在相電壓過零時晶閘管關斷，而在三相橋式全控整流電路中相電壓過零前30€熬д⒐芫凸囟狹耍繽？所示。

按照這樣的過程和思路進行教學，效果存在問題，有的教師用了一節課（45分鐘）的時間，只講了三相橋式全控整流電路帶電阻負載時觸發角為30€啊？0€笆鋇牡緶飯ぷ鞴蹋步夤壇粵Α？

2 基于能量轉換的三相橋式全控整流電路分析

對三相橋式全控整流電路應該分析電路工作的一般規律，有了一般規律，在任何負載、任何觸發角下電路的工作情況都非常清晰了。這個一般規律，便是基于整流電路的能量轉換過程。

整流，是將交流轉換為直流的過程。在整流的工作狀態下，能量是由交流側向直流側傳遞的！在圖1所示電路中，必須要有共陰極、共陽極電路中各個晶閘管導通，且共陰極、共陽極中的晶閘管不能處于同一相，應為從交流側向直流側傳遞的能量提供通道。根據這一能量轉換與傳遞的要求，三相橋式全控整流電路共有6條通道

（ a ） V1 與 V6 導通；（ b ） V1 與 V2 導通；（ c ） V3 與 V2 導通

（ d ） V3 與 V4 導通；（ e ） V5 與 V4 導通；（ f ） V5 與 V6 導通

由此得出結論1：在三相橋式全控整流電路中，晶閘管的導通共有6種組合情況，如圖4所示。

當三相橋式全控整流電路進入穩定工作狀態后，必然會有下述規律：每種組合工作的時間是一樣的，都是交流電源周期的1/6，也就是說，每個晶閘管都是工作1/3電源周期。

由此得出結論2：晶閘管在三相橋式全控整流電路中的工作規律與在三相半波可控整流電路中是一樣的！這是一條非常重要的結論，在這個結論下，只要掌握了三相半波可控整流電路的工作規律，就掌握了三相橋式全控整流電路的工作規律。在掌握了工作規律的情況下，可以方便地畫出三相橋式全控整流電路各部分電量的工作波形。畫波形的步驟如下：

（1）先界定出各晶閘管的工作區間，如圖5所示（觸發角為0€埃T諭？中，非常清晰地表示了在一個電源周期中，共陰極、共陽極晶閘管的導通組合情況。

（2）任一時刻的整流輸出都是共陰、共陽各個導通相之間的線電壓，由此得到圖6（以觸發角0€拔？

圖6的結果與圖2是一樣的，但是圖6的得出，是基于能量轉換，概念清晰，無論是電阻性負載還是阻感性負載，無論多大的觸發角，都可以方便地得到各個電量的波形，只要將各個晶閘管的工作區間界定好就可以了。

不僅如此，基于能量轉換的分析方法，還可以方便地分析晶閘管故障情況下三相橋式全控整流電路的工作情況。例如如果圖1中晶閘管V2不能導通，整流輸出電壓波形是怎樣的？

以觸發角為60€啊⒌繾櫳愿涸匚捎赩2不能導通，圖10所示 t1時刻V6和 V1關斷后整流輸出為零，直到 t2時刻V3和 V4受觸發導通，整流輸出為uba。

3 結論

教學實踐表明，基于能量轉換對三相橋式全控整流電路進行分析，揭示了變流技術的本質，物理概念清晰，有效地解決了教學內容中的重點難點問題。

參考文獻

[1] 王兆安，劉進軍.電力電子技術（第5版）[M].北京：機械工業出版社，2009.5.

[2] 王魯楊，王禾興.電力電子技術[M].北京：中國電力出版社，2013.12.endprint