基于能量轉(zhuǎn)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(xué)過程中存在的問題，介紹了基于能量轉(zhuǎn)換的三相橋式全控整流電路的分析方法，結(jié)合實例說明該分析方法的有效性。

關(guān)鍵詞 能量轉(zhuǎn)換 三相橋 全控整流 分析

中圖分類號：TM461 文獻(xiàn)標(biāo)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(gòu)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(jié)構(gòu)、各橋臂電力電子器件的觸發(fā)規(guī)律也適用于三相逆變、交流調(diào)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(shù)”中具有重要的地位，是課程內(nèi)容的重點及難點部分。

1 以往教學(xué)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(rèn)為是由V1、V3、V5構(gòu)成的共陰極三相半波可控整流電路和由V4、V6、V2構(gòu)成的共陽極半波可控整流電路串聯(lián)而成的。

圖1 三相橋式全控整流電路原理圖

在以往的教學(xué)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(rèn)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(fā)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(dǎo)通時，以變壓器二次側(cè)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(luò)線；

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

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

這樣的教學(xué)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(huán)境和在三相半波可控整流電路中是不一樣的，以電阻性負(fù)載為例，當(dāng)觸發(fā)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(xiàn)了負(fù)值，表征共陽極整流輸出電壓的ud2出現(xiàn)了正值。

這樣的教學(xué)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(fù)載時，在相電壓過零時晶閘管關(guān)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(jìn)行教學(xué)，效果存在問題，有的教師用了一節(jié)課（45分鐘）的時間，只講了三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時觸發(fā)角為30€??？0€笆鋇牡緶飯ぷ鞴蹋步夤壇粵??？

2 基于能量轉(zhuǎn)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(yīng)該分析電路工作的一般規(guī)律，有了一般規(guī)律，在任何負(fù)載、任何觸發(fā)角下電路的工作情況都非常清晰了。這個一般規(guī)律，便是基于整流電路的能量轉(zhuǎn)換過程。

整流，是將交流轉(zhuǎn)換為直流的過程。在整流的工作狀態(tài)下，能量是由交流側(cè)向直流側(cè)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(dǎo)通，且共陰極、共陽極中的晶閘管不能處于同一相，應(yīng)為從交流側(cè)向直流側(cè)傳遞的能量提供通道。根據(jù)這一能量轉(zhuǎn)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(dǎo)通；（ b ） V1 與 V2 導(dǎo)通；（ c ） V3 與 V2 導(dǎo)通

（ d ） V3 與 V4 導(dǎo)通；（ e ） V5 與 V4 導(dǎo)通；（ f ） V5 與 V6 導(dǎo)通

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

當(dāng)三相橋式全控整流電路進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)后，必然會有下述規(guī)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(jié)論2：晶閘管在三相橋式全控整流電路中的工作規(guī)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(jié)論，在這個結(jié)論下，只要掌握了三相半波可控整流電路的工作規(guī)律，就掌握了三相橋式全控整流電路的工作規(guī)律。在掌握了工作規(guī)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(qū)間，如圖5所示（觸發(fā)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(dǎo)通組合情況。

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

圖6的結(jié)果與圖2是一樣的，但是圖6的得出，是基于能量轉(zhuǎn)換，概念清晰，無論是電阻性負(fù)載還是阻感性負(fù)載，無論多大的觸發(fā)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(qū)間界定好就可以了。

不僅如此，基于能量轉(zhuǎn)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(dǎo)通，整流輸出電壓波形是怎樣的？

以觸發(fā)角為60€?、道`櫳愿涸匚捎赩2不能導(dǎo)通，圖10所示 t1時刻V6和 V1關(guān)斷后整流輸出為零，直到 t2時刻V3和 V4受觸發(fā)導(dǎo)通，整流輸出為uba。

3 結(jié)論

教學(xué)實踐表明，基于能量轉(zhuǎn)換對三相橋式全控整流電路進(jìn)行分析，揭示了變流技術(shù)的本質(zhì)，物理概念清晰，有效地解決了教學(xué)內(nèi)容中的重點難點問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)（第5版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.5.

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