三相全控桥式可控整流电路故障的波形分析法

王莹

摘 要：本文探讨用波形法分析三相全控桥式整流电路（电阻性负载）各种断路状态下的故障，并采用新型实验装置和利用示波器相结合的方法进行分析。

关键词：三相全控桥 晶闸管 电阻性负载 可控整流 示波器

以晶闸管为主体的电力电子变流技术已经广泛应用到我国国民经济的各个领域，而且在工业企业电气化过程中已经有许多专业化的变流装置正在朝着标准化、系列化和可靠性更高的方向发展。因此，在三相全控桥式可控整流电路故障的分析中，如何在实际应用中快速判断整流电路的故障十分重要。笔者以三相全控桥式整流电路的电阻性负载为例，在判断三相全控桥式整流电路的工作是否正常时，只需用双踪示波器检测该整流电路的输出电压Ud及整流管两端电压UVT的波形便可得知，如果出现异常，可根据Ud、UVT的波形较快地分析出故障所在点，这样就可以将故障迅速排除，在实际应用中有较大的实用价值。

一、三相全控桥式整流电路

在4kW以上大容量、直流电压脉动较小的整流装置或不可逆的直流电动机传动系统中广泛采用三相全控桥整流电路，它是由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成的。这种方法在改变晶闸管的控制角α时，即可以调节输出电压的大小。根据工作过程得出的结论是：三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组，另一个是共阳极组，只有它们同时导通，才能形成导电回路。对于共阴极组触发脉冲的要求是，保证晶闸管VTl、VT3和VT5依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。对于共阳极组触发脉冲的要求是，保证晶闸管VT2、VT4和VT6依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差也是120°。三相桥式全控整流电路每隔60°有一个晶闸管要换流，触发脉冲的顺序是：1→2→3→4→5→6→1，相邻两脉冲的相位差是60°。

二、三相全控桥式整流电路对触发脉冲的要求

为了保证电路能启动工作，或在电流断续后再次导通工作，我们必须对两组应导通的两只晶闸管同时加一个触发脉冲，可以采取两种办法：一种是使每个脉冲的宽度大于60°（必须小于120°），一般取80°～100°，称为宽脉冲触发。另一种是在触发某一晶闸管时，同时给前一晶闸管补发一个脉冲，使共阴极组和共阳极组的两个应导通的晶闸管上都有触发脉冲，相当于两个窄脉冲等效地代替大于60°的宽脉冲，这种方法称双脉冲触发。

三、双踪示波器

示波器是一种非常直观地显示电压随时间变化的测试仪器，也就是显示电压波形变化的测试仪器，它能直观地显示出电路和系统内部的工作情况。随着计算机、半导体和通信技术的发展，我们在熟悉了利用波形分析晶闸管整流装置故障的方法时，就可以根据输出电压不同的故障波形，逐步分析、判断出整流装置的故障所在，并迅速将故障排除。

四、三相全控桥式整流电路故障分析

工作原理分析：整流电路输出的电压，也就是负载上的电压，实际上都属于线电压。线电压Ud在一个周期内波形的波头分布为：Uuv、Uuw、Uvw、Uvu、Uwu、Uwv六个波头，均为线电压的一部分，是上述线电压的包络线。因此在分析的三相全控桥整流电路不同控制角的Ud波形时，我们使用示波器观察一个周期是否出现六个波头，即可判断出电路是否存在故障。下面列举一些常见故障，并结合示波器观察输出电压波形，分析故障原因。

第一，在实际运行的过程中，如果发现整流电路输出的平均电压值Ud下降时，我们先用示波器检查输出Ud的波形。如果用示波器测得每个周期内Ud波形与正确波形比较每个周期少了两个波头时，可以做如下分析：在三相全控桥式整流电路输出波形连续的情况下，每个周期内输出电压Ud的波形应为六个波头，即Uuv、Uuw、Uvw、Uvu、Uwu、Uwv，正常运行时每个桥臂导通120?，如果少两个波头正好是120?说明有一个桥臂发生断路。又因为波形可以自然换相，因而无论少哪两个波头均可以判断出是有一个桥臂发生断路，然而用示波器测得的输出电压Ud的波形并没有标明标号，要找到具体是哪一桥臂发生的断路还需要按下列步骤做进一步的检查。

用示波器检测各桥臂的晶闸管UVT的波形，看哪个UVT的波形上没有导通段，即为断路的桥臂；

检查各桥臂上的快速熔断器是否熔断；

检查各桥臂上的晶闸管的门极触发脉冲是否正常；

检查各可控桥臂连接线是否有断线或者接头脱落；

上述检查若全部正常，则必然是晶闸管已损坏。此时，检查出具体的故障并进行排除。

第二，在整流装置运行时，如果发现输出电压的平均值有所下降，我们就可以先用示波器测得每个周期内输出电压Ud的波形，若输出电压的波形出现每个周期内只有两个波头输出，在正常的三相半控桥式整流电路输出的波形连续的情况下，每个周期内输出电压Ud的波形应为六个波头。如果相比缺少了四个波头，而且，输出波形中两个波头的晶闸管的触发时刻及二极管的自然换相点均正确，那么，无论波形中缺少了哪四个波头，都说明桥臂上有两个桥臂已经断路。但是，输出波形中具体是哪两个桥臂发生了断路，在示波器上并没有标明具体的标号，所以，要找到具体是哪两个可控桥臂发生了断路，还需要按下列的步骤做进一步的检查。

用示波器检测各桥臂的晶闸管UVT的波形，看哪个UVT的波形上没有导通段，那么它所在的桥臂即是断路的桥臂；

检查各个桥臂上的快速熔断器是否熔断；

检查断路桥臂上的晶闸管是否有触发脉冲；

检查断路桥臂上的连接线是否有断线或接头脱落。此时，找到发生断路故障的桥臂，查出具体的原因，并进行故障排除。

第三，交流侧某相失电，即相当于该相所接的两个桥臂断路。

交流一侧某相失电的原因通常为接线断路或该相所接的快速熔断器熔断。在这种情况下，每个周期内和该相有关的桥臂都相当于断路，在输出电压波形的六个波头中相应的四个波头都会丢失，只剩下两个波头。

整流装置在实际运行的过程中，若用示波器测得输出电压Ud的波形，在每个周期内，比正常输出电压波形的六个波头少四个，但又不是连续的少四个波头，而是有一个波头提前导通，但却不能自然换相直至波形过零结束，在波形连续少两个波头后另一个波头在正常触发时刻导通，仍不能自然换相直至波形过零结束。如果出现上述情况，我们不难分析出，这是因为只有两相导电，故障为交流一侧某相失电，或者是因为某同一相上的两桥臂发生了断路。

五、结语

由于三相全控桥整流输出电压脉动小、脉动频率高，且无需中线，谐波电流也小，所以，它广泛应用于大功率直流电动机调速系统。以往传统的检测方法常常是使用万用表诊断故障，但是万用表毕竟是简单仪表，其使用范围是有限的，而对于系统中的许多故障我们只有进行波形分析才能彻底搞清楚。所以这种利用示波器分析不同负载情况下Ud、UVT波形的方法，能够直接快速地排查出电路的故障所在，提高系统的可靠性和调试维修的效率。

参考文献：

[1]郑忠杰，吴作海.电力电子变流技术（第2版）[M].北京：机械工业出版社，1998.

[2]莫正康.半导体变流技术[M].北京：机械工业出版社，1999.

（作者单位：海南省技师学院）