基于能量转换的三相桥式全控整流电路分析

王鲁杨　程肖肖+　李然　黄思源

摘 要 文章分析了对于三相桥式全控整流电路在以往的教学过程中存在的问题，介绍了基于能量转换的三相桥式全控整流电路的分析方法，结合实例说明该分析方法的有效性。

关键词 能量转换 三相桥 全控整流 分析

中图分类号：TM461 文献标识码：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

整流是将交流变换为直流的过程。三相桥式全控整流电路是一种重要的换流电路基本单元，在大型变流装置诸如高压直流输电的换流阀中，都是由三相桥式全控整流电路构成多重变流电路。不仅如此，三相桥式全控整流电路的电路结构、各桥臂电力电子器件的触发规律也适用于三相逆变、交流调压等变流电路。故三相桥式全控整流电路在电气类本科课程“电力电子技术”中具有重要的地位，是课程内容的重点及难点部分。

1 以往教学过程存在的问题

三相桥式全控整流电路的主电路如图1所示。三相桥式全控整流电路被认为是由V1、V3、V5构成的共阴极三相半波可控整流电路和由V4、V6、V2构成的共阳极半波可控整流电路串联而成的。

图1 三相橋式全控整流电路原理图

在以往的教学过程中，是按照工作波形分析三相桥式全控整流电路的工作过程，认为三相桥式全控整流电路的输入电压是共阴极三相半波可控整流输出与共阳极三相半波可控整流的输出差值。通常是先给出图1所示电路的工作波形，如图2 所示（触发角为0€埃┤缓笳攵酝？所示工作波形分析三相桥式全控整流电路的工作特性。

分析过程如下。

（1）从相电压看，共阴极晶闸管导通时，以变压器二次侧的中点n为参考点，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线；

（2）共阳极晶闸管导通时，以变压器二次侧的中点n为参考点，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，

（3）总的输出电压ud= ud1- ud2，是两条包络线间的差值，对应线电压在正半周的包络线。

这样的教学过程存在的问题是，三相桥式全控整流电路中的晶闸管，其工作的环境和在三相半波可控整流电路中是不一样的，以电阻性负载为例，当触发角>30€笆保魇涑鍪嵌闲模谌嗲攀饺卣鞯缏分灰シ⒔？< 60€埃涑鼍筒欢闲鹤魑碚鞴惨跫魇涑龅缪沟膗d1出现了负值，表征共阳极整流输出电压的ud2出现了正值。

这样的教学过程存在的另一个问题是：三相半波可控整流电路带有电阻性负载时，在相电压过零时晶闸管关断，而在三相桥式全控整流电路中相电压过零前30€熬д⒐芫凸囟狭耍缤？所示。

按照这样的过程和思路进行教学，效果存在问题，有的教师用了一节课（45分钟）的时间，只讲了三相桥式全控整流电路带电阻负载时触发角为30€啊？0€笆钡牡缏饭ぷ鞴蹋步夤坛粤Α？

2 基于能量转换的三相桥式全控整流电路分析

对三相桥式全控整流电路应该分析电路工作的一般规律，有了一般规律，在任何负载、任何触发角下电路的工作情况都非常清晰了。这个一般规律，便是基于整流电路的能量转换过程。

整流，是将交流转换为直流的过程。在整流的工作状态下，能量是由交流侧向直流侧传递的！在图1所示电路中，必须要有共阴极、共阳极电路中各个晶闸管导通，且共阴极、共阳极中的晶闸管不能处于同一相，应为从交流侧向直流侧传递的能量提供通道。根据这一能量转换与传递的要求，三相桥式全控整流电路共有6条通道

（ a ） V1 与 V6 导通；（ b ） V1 与 V2 导通；（ c ） V3 与 V2 导通

（ d ） V3 与 V4 导通；（ e ） V5 与 V4 导通；（ f ） V5 与 V6 导通

由此得出结论1：在三相桥式全控整流电路中，晶闸管的导通共有6种组合情况，如图4所示。

当三相桥式全控整流电路进入稳定工作状态后，必然会有下述规律：每种组合工作的时间是一样的，都是交流电源周期的1/6，也就是说，每个晶闸管都是工作1/3电源周期。

由此得出结论2：晶闸管在三相桥式全控整流电路中的工作规律与在三相半波可控整流电路中是一样的！这是一条非常重要的结论，在这个结论下，只要掌握了三相半波可控整流电路的工作规律，就掌握了三相桥式全控整流电路的工作规律。在掌握了工作规律的情况下，可以方便地画出三相桥式全控整流电路各部分电量的工作波形。画波形的步骤如下：

（1）先界定出各晶闸管的工作区间，如图5所示（触发角为0€埃T谕？中，非常清晰地表示了在一个电源周期中，共阴极、共阳极晶闸管的导通组合情况。

（2）任一时刻的整流输出都是共阴、共阳各个导通相之间的线电压，由此得到图6（以触发角0€拔？

图6的结果与图2是一样的，但是图6的得出，是基于能量转换，概念清晰，无论是电阻性负载还是阻感性负载，无论多大的触发角，都可以方便地得到各个电量的波形，只要将各个晶闸管的工作区间界定好就可以了。

不仅如此，基于能量转换的分析方法，还可以方便地分析晶闸管故障情况下三相桥式全控整流电路的工作情况。例如如果图1中晶闸管V2不能导通，整流输出电压波形是怎样的？

以触发角为60€啊⒌缱栊愿涸匚捎赩2不能导通，图10所示 t1时刻V6和 V1关断后整流输出为零，直到 t2时刻V3和 V4受触发导通，整流输出为uba。

3 结论

教学实践表明，基于能量转换对三相桥式全控整流电路进行分析，揭示了变流技术的本质，物理概念清晰，有效地解决了教学内容中的重点难点问题。

参考文献

[1] 王兆安，刘进军.电力电子技术（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2009.5.

[2] 王鲁杨，王禾兴.电力电子技术[M].北京：中国电力出版社，2013.12.endprint