基于相量图的三相全控桥整流波形分析

曹罗生

（广州康大职业技术学院，广东 广州 511363）

三相全控桥整流是晶闸管变流[1]的一种重要的应用技术，具有电压脉动小，脉动频率高的特点。与三相半波整流电路相比，在输入交流电源电压相同、控制角相同时，输出的直流电压平均值可提高二倍[2]。但电路工作原理分析，即输出电压波形分析比较抽象，有一定的分析难度。因此，如何利用交流电压相量图[3]进行相量几何运算，使输出电压波形的推导、分析变得比较简单直观，是理解三相全控桥工作原理的一个关键。

一、三相全控桥整流原理

图1 三相全控桥整流电路

三相全控桥整流电路[4]如图1所示，它由共阴极组和共阳极组共6个晶闸管组成，其中共阴极组由VT1、VT3和VT5组成，共阳极组VT2、VT4和VT6组成。电路工作时，共阴极组和共阳级组各有一个晶闸管能导通[5]。假设控制角度 α=00，负载为阻性，忽略漏电抗影响，则上述电路中晶闸管 VT1→VT2→VT3 VT4→ VT5-→VT6→ VT1….的顺序轮流导通，每只晶闸管一个周期内导通1200，每隔600由上一只晶闸管换到下一只晶闸管能导通。

二、电压相量图及相量运算

图2 三相电压相量图

全控桥整流电路（如图1所示）三个输入端电压为Uu、Uv和 Uw，不妨假设（ωt-1200）其中 U 为三相交流电压的有效值。则三相电压的相量表达式为：Úu=U＜00,Úv=U＜-1200, Úw= U＜1200,相量图如图 2 所示。

根据相量图进行何量几何运算：

三、输出波形分析

图3 三相全控桥整流波形

三相全控桥整流电路 α=00的波形[6]如图 3所示。为分析方便，按六个自然换相点把一周等分为六区间段。在 1点到2点之间，U相电压最高，V要电压最低，在触发脉冲的作用下，共阴极组的VT1被触发导通，共阳极组的VT6被触发导通。这期间电流由U相经VT1流向负载，再经VT6流入V相，负载上得到的电压Ud=Uu-Uv=Uuv为线电压。根据（2-1）式得：

在2点到3点之间，U相电压仍然最高，VT1继续导通，但W相电压最低，使得VT2承受正向电压，当2点触发脉冲送上来时，VT2被触发导通，使VT6承受反向电压而关断。这期间电流由U相经VT1流向负载，再经VT2流入W相，负载电压 Ud=Uu-Uw=Uuw为线电压。根据（2-3）式得：

依此类推，根据（2-2）、（2-4）、（2-5）和（2-6）式可得到在一个导通周期内其余 4个区间段的输出电压分别如下所示。

四、结束语

变流技术是自动化技术的包括电气自动化，电力系统自动化与机电一体化等专业的必修内容。全控桥整流是一种基本的变流技术，其工作原理的分析，即整流电路输出波形的分析比较抽象，不容易理解。原因是在电路的一个导通周期区间，输出电压波形由六个正弦函数的图像复合而成，即

在教学过程中如果能采取以下几个措施组织这部分教学内容，将使全控桥整流原理的理解变得更简单直观。

1．将电路的输入/输出电压采用相量表示，画出电压相量图

2．采用几何方法求出六个线电压相量，并将它们转换为对应的正弦函数解析式

3．先画出6Usin（ωt）函数的图像，再利用正弦函数图像平移方法画出6个线电压正弦函数图像，即一个导通周期的整流输出波形。

[1] 万百五. 自动化概论[M]. 武汉：武汉理工大学出版社，2008.

[2] 刘峰. 电力电子技术[M]. 大连：大连理工大学出版社，2011.

[3] 曾方. 电力电子技术[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2004.

[4] 董建华. 电路分析基础[M]. 大连：大连理工大学出版社，2010.

[5] 王冠华，王伊娜. Maltisim8电路设计及应用[M]. 北京：国际工业出版社，2006.

[6]陈炳若，等 “微电子技术”实践课的教学模式[J]. 高等理科教育，2004，（2）