三相十二脉波整流电路工作原理与技术分析

中国船舶重工集团公司第七一五研究所 王剑辉

随着社会文明和科技的不断进步，电能的地位逐渐凸显。它属于二次能源的范畴，并具备一定的特殊性，能被有效地传输和控制，不会对环境造成污染，在推动社会进步方面具有重要的作用。一般情况下，公用电网的电源都具备统一的电压和固定频率，但是电设备却存在较大差异，他们的电压和电源频率也并不相同。因此应该使用整流电路对电压和电源频率进行转换，满足用电设备的多样化需求。

1 整流电路

整流电路具备转化的功能，让交流电变为直流电。滤波器、变压器和整流的主电路是整流电路的三个主要零部件。整流电路的电子结构和元件包括控整流、二极管整流、PWM整流、晶闸管整流等。二极管整流电路中的主要构件为二极管，但是这个元件的可控能力较弱，需要与其他的装备进行搭配使用；斩控整流汇集直流斩波和二极管，它的精准性较低、并且制造费用较高，在功率 较大的区域无法得到应用。PWM整流主要以全控制器为基础并借助PWM方法的电路控制设备，它的电流谐波引入量值较低且功率因素较大，具有较大的发展空间。但是PWM电路仍旧处于发展阶段，需要进一步研究和探索。现阶段在电路中应用最为广泛的就是晶闸管电路，其优势为成本低，可靠性强缺点为电流谐波大、功率因数低。

2 三相十二脉波整流电路工作原理和过程

2.1 工作原理

要想获得十二脉波直流电压，就应该先配置三相交流电源，要两组同时进行试验，两组之间的相位差夹角要保证在30°。在星形联接三相电源时，相电压要位于其对应的线电压的后面。以这个原理为基准，使用一个三相三绕组变压器进行实验，其中的一侧组接成三角形或者星形，图形的节点为A、B、C，二侧三相绕线组具备两个，即a1、b1、c1；a2、b2、c2等，a2、b2、c2这三个节点形成星组，连接在一起形成三角形。二次侧绕组的每项匝数为绕线星组匝数的根号三倍。但是两侧的线电压是一致的。十二脉冲整流电路是串联电路，由三相全桥整流电路组成，两组之间的相差角为30°，通过串联的模式能获取两倍的脉冲电压，并且一个周期内存在12个波峰，电压处于平缓的状态，能为滤波提供便利。

2.2 工作过程

当三相十二脉波整流电路进行直流和交流电在转换工作的时候，主要依靠晶闸管进行操作，晶闸管的通断时间会对输出直流电源的电压造成一定的影响。在开展控制工作的过程中，在随意的一个时间节点，下桥共阴极组、下桥共阳机组、上桥共阴极组、上桥共阳机组，这四个机组中不能存在两个机组共同连通的情况，只要其中某一个属于连通的状态，另外三个就必须断开，这样才能为其他的用电设备输送电量，形成供电回路。变电站的二次侧能获得负载提供的电量，交流电压向六相进行输出。在不同的时间段，整流电路的电源存在较大的差异。整流电路的输出电压主要为上下桥的输入电压。

三相十二脉波整流电路能为交流和直流转化提供助力，在控制角的作用下输入交流电压的数值使输出电源电压的数值都会受到不同程度的影响。电路负载电压就是三相十二脉波整流电路的控制量，输出直流电压就是三相十二脉波整流电路的反馈量。在控制器中输入反馈量以及电压差值就能对三相十二脉波整流电路进行科学控制，在操作的过程中可以对控制角进行调节。在对三相十二脉波整流电路进行设计和管理工作时要对各个环节进行全面地把控，要对直接和交流转换过程中的调节控制、电力变换、滤波以反馈等工作内容进行分析，控制角会随着电路输出电压的提升而下降，调节控制环节由控制和协调设备组合而成，控制器应该设计的信号就是设定信号与实际反馈信号的差值。

利用调节器对控制电压进行转化后，就可以把相应的数值输入到三相十二脉波整流电路中，这个时候输出电压就会随着控制电压的增加而增加，两者属于正比的关系。当一个晶闸管连接，其他三个都处于断开的这个时间内，控制电压无法获得充分地发挥。当下一个触发脉冲出现的时候，会导致整流电路的电压出现改变，由此可知，三相十二脉波整流电路的输出电压和控制电压之间会存在一个数量差值，这段时间为失控时间，如果电路正处动态化运行的状态，当触发晶闸管的时候，产生控制电压还需要一定的时间。

3 三相十二脉波整流电路仿真技术分析

图1 三相十二脉波整流电路仿真模型

可以Simulink中构建三相十二脉波整流电路的模型，并进行仿真操作。第一，仿真模型。对三相十二脉波整流电路的负载进行仿真模拟操作，如图1所示，在仿真模型中的主要内容为测量模块、多功能桥式整流电路、三相交流电路、变压器设备以及同步的12脉冲触发设备等。

第二，仿真结果及其分析。利用Simulink构建三相十二脉波整流电路模型，获取具体的仿真结果。当把触发延迟角设置为0°的时候，输出电压波形的状态为先处于稳定的直线形状，随后波形如同直线一样，最后逐渐呈现螺旋的状态。电流的波形状态为起伏较大的波浪形，最高点与最低点之间存在着较大的距离。当触发延迟角为150°的时候，输出电压波形的状态最初为稳定的直线形状，随后波形如同直线一样不断上升，最后逐渐呈现螺旋状。把150°和0°进行对比可知，150°的起伏波动较大，输出的脉动数出现明显的增加。对它的输出电压进行探究，电压仍旧处于较为稳定的状态。通过这次的仿真模拟可知，应该把三相十二脉波整流电路应用到对功率要求较高并且波纹要求较小的环境。

4 三相十二脉波整流电路宽脉冲形成

对线路波形进行重新的组合这样就能获取到具有120°宽脉冲的电路。对三相十二脉波整流电路的宽逻辑电路的逻辑关系进行分析：晶闸管VT,1，它的晶闸管触发信号为Q,0+Q,1，晶闸管VT1，触发信号为Q0+Q1，以此类推晶闸管VT,3，它的晶闸管触发信号为Q,2+Q,3，晶闸管VT3，触发信号为Q2+Q3；晶闸管VT,6，它的晶闸管触发信号为Q,5+Q,6，晶闸管VT6，触发信号为Q5+Q6。利用D0～D11这十二组波形对十二路输出波形进行探究，相位和脉冲宽度他们的差值分别为30°和120°。同步电压选择－B作为正弦波，这样就能保障触发电波的脉冲在限定的范围内，当符合相关的要求之后，-B相的270°与移相之间为相互的关系，并且与+A相30°和触发角0°之间呈现着相应的联系。这时+A相60°与移相这两者间为对应的联系，并且与－B相的330°以及触发角30°这两者为互相对应的关系，此外还与+A相90°和触发角60°之间为相互对应的关系。

直流电源的运行效果和质量容易受到客观因素的影响，比如电路的纹波系数、稳压系数以及相对的温度值等。现阶段，应用频率最高的质量评价系数技术就是以纹波为基准进行探究，纹波系数主要呈现的就是电路直流电压和平均电压之间的比值。如果纹波系数的取值范围较小，那么就说明整流电路输出的电压值具有稳定的输出数值。但是在对电路的实际情况进行探究的过程中，三相十二脉波整流电路仍旧存在需要改进和优化的位置，在不同的运转周期之内，电路在输出电压时会出现12次波动的情况，控制角的数值会随着波纹系数的增长而增长，两者之间为正比关系。此外，随着控制角不断地变大，直流电源的质量会受到影响，这时就需要进行滤波操作。

5 案例

目前，研究人员发明了一种新型的三相十二脉波整流电路，其中主要囊括：与超前整流和自然整流相互连接构成直流输出的负极和正极端；所述第一窄电流晚所述于第二的窄电流，第一双窄电流的振幅高于第二双窄电流的振幅；同所述滤波的三相构建联系，适用于具有第二双窄电流的超前电路。这种新型的电路较为简单，能对无源功率因数进行有效地校正。

这种三相十二脉波整流电路的主要特征为能形成滤波处理的三相电路、与描述的滤波电路的三相构建联系，为第一双窄电流的自然流电路提供助力、同三相输出构建联系，适用于第一双窄电流的超前流电路、和自然流电路与超前流电路构建联系确定直流输出的正负极端。其中所述滤波包括：三相出、入端以及三相交流电。其中第一滤波位于所述三相输出端中第一相输出端与三相输入端第一输入端之间。第二滤波位于所述三相输出端中第二相输出端与三相输入端第二输入端之间。第三滤波位于所述三相输出端中第三相输出端与三相输入端第三输入端之间。其中第一滤波器主要包括：第一滤波电容。把第一滤波电感的输出端和第一滤波电容的输入端构建联系。第一波滤波电感。三相输入端的第一相输入端与第一滤波电感的输入端构建联系，再把三相输出端的第一相输出端与第一滤波电感构建联系。以此类推，第二和第三滤波器的构成模式与第一滤波器一致。

结论：综上所述，结合仿真模型可知，提高整流电路的相数量能减少输出的电流脉动，增加输出的电压脉动，能的功率要求较高的设备助力。综合应用十二脉冲波能降低整流装置谐波对电网正常运行的干扰，能提升线路的设计效果。