变频器的三相可控整流电路

    由晶闸管构成的单相可控整流电路结构简单，在小功率场合得到了广泛的应用。但单相可控整流电路存在整流输出电压脉动大的缺点，因而在中、大功率场合往往采用三相整流电路。这样不仅可以在增加整流输出电压脉波数的基础上减小整流电压的脉动程度，还能使三相制的电网处于平衡状态。下面介绍两种最常用的三相整流电路——三相半波可控整流电路和三相桥式全控整流电路．。    图3.15所示为三相半波可控整流电路的结构。为得到零线，变压器二次侧必须按星形连接，而一次侧通常要接成三角形。这样可以避免3次谐波流入电网。这是因为在控制角α不为零时，变压器副边各相电压波形存在畸变，在变压器副边各相中存在3次谐波电流(因为在三相对称的情况下，各相3次谐波分量总是大小相等、相位相同），若无原边3次谐波电流相平衡，会使铁心中磁通的3次谐波成分很大。变压器原边三角形连接则可为3次谐波电流提供通路，同时原边线电压中不存在3次谐波成分。3个晶闸管的阴极连接在一起，称为共阴极连接。
    图3.15    三相半波可控整流电路结构    共阴极的3个晶闸管，如果3个管子的阳极电位均高于阴极电位，且它们的门极均施加导通信号，则谁的阳极电位高谁就导通。只要有一个管子导通，则另外两个管子均被施加反向电压，失去导通条件。如果只给一个管子的门极施加导通信号，只要该管子的阳极电位高于阴极电位，则该管子就可导通。如果将3个晶闸管全部换成二极管，则相当于触发控制角α=0时的工作状态，因此某一相的电压比其他两相都高的开始时刻，就是该相的自然换相点。图3.16所示为三相半波可控整流电路在控制角α=π/6时的波形。
    图3.16    三相半波可控整流电路波形（α=π/6）    图3.17所示为三相桥式全控整流电路的电路原理。这是目前应用最为广泛的一种整流电路。习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管(VDZ1、VDZ3、VDZ5)称为共阴极组；将阳极连接在一起的3个晶闸管(VDZ2、VDZ4、VDZ6)称为共阳极组。
    图3.17    三相桥式全控整流电路原理    当晶闸管的触发控制角α为零时，则该电路的工作与采用二极管的三相桥式不可控整流电路相同。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极电位最高的一个导通，而对于共阳极组的3个晶闸管，阴极电位最低的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一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。因此，触发控制角α为零时整流输出电压波形，与图3.6中相同。可见，共阴极组3个晶闸管的自然换相点是其所在相的相电压比其余两相高的开始时刻；共阳极组3个晶闸管的自然换相点是其所在相的相电压比其余两相低的开始时刻。图3.18所示为三相桥式全控整流电路在控制角α=π/6时的波形。
    图3.18    三相桥式全控整流电路波形（α=π/6）    三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须由共阴极组和共阳极组各一个晶闸管同时导通才能构成电流回路，一个晶闸管导通2π/3。在共阳极组的一个晶闸管导通的整个过程中，共阴极组必然有两个晶闸管的换流时刻（电流的流通路径的改变称换流）。因此，为确保在两个晶闸管换流时，正在导通的晶闸管不会关断，往往需要在换流对应的时刻给正在导通的晶闸管补发触发脉冲。这样，一个晶闸管在它的一个导通周期中就有两次触发脉冲，这种触发方式称为双窄脉冲触发。实际中除了双窄脉冲触发，还可以采用宽脉冲触发，即将双窄脉冲的第一次触发脉冲的脉宽延续到对应的第二次触发时刻，即一个晶闸管的一个导通周期只有一个宽触发脉冲。