相控整流電路

採用相位控制方式以實現負載端直流電能控制的可控整流電路。可控是因為整流元件使用具有控制功能的晶閘管。在這種電路中，只要適當控制晶閘管觸發導通瞬間的相位角，就能夠控制直流負載電壓的平均值。故稱為相控。

基本介紹

• 中文名：相控整流電路
• 分為：單相、三相、多相整流電路3種
• 採用：相位控制方式
• 控制：直流負載電壓的平均值

簡介

分類

相控整流電路分為單相、三相、多相整流電路3種。

基本要求

相控整流電路要求輸出電壓的可調控範圍要大，脈動要小，對交流電源、器件導電性能都有影響，而且變壓器也需要注意。

相控整流電路是通過交流側輸入的相數的控制來進行整流控制的電路，整流兀件使用具有控制作用的晶閘管所以帶有可控性。

分類

單相整流電路

圖1a為單相半波可控整流電路。圖中ug為晶閘管的觸發脈衝，其工作過程如下：當u2負半周時，晶閘管不導通。在u2正半周時，不加觸發脈衝之前，晶閘管也不導通，只有加觸發脈衝之後，晶閘管才導通，這時負載Rd上流過電流。在電流為零時刻，晶閘管自動關斷，為下一次觸發導通作好準備，如此循環往復，負載上得到脈動的直流電壓ud。晶閘管從開始承受正向電壓起到開始導通這一角度稱為控制角，以α表示。這樣，只要改變控制角α的大小，即改變觸發脈衝出現的時刻，就改變了直流輸出電壓的平均值。觸發脈衝總是在電源周期的同一特定時刻加到晶閘管的控制極上，所以，觸發脈衝和電源電壓在頻率和相位上要配合好，這種協調配合的關係稱為同步。圖1b為單相橋式可控整流電路。它與單相半波可控整流電路相比，其變壓器利用係數較高，直流側脈動的基波頻率為交流基波的二倍，故為小功率場合常用的整流電路之一。 這裡，脈波數P的概念很重要。所謂脈波數就是在交流電源的一個周期之內直流側輸出波形的重複次數。通常脈波數越多，直流側輸出越平滑，交流側電流越接近正弦波。為了增加脈波數，可以增加交流側相數,但是， 一般相數增加越多，各相的通電時間變得越短，這樣會使整流元件與整流變壓器副邊繞組的利用率變壞，使裝置體積變大，成本提高。圖1c為單相橋式半控整流電路，由於可控的晶閘管與不控的二極體混合組成,故稱半控。F稱續流二極體，若直流電壓變為負值，它成為直流側環流的路徑，維持輸出電壓為零。

相控電路圖

單相整流電路比較簡單,對觸發電路的要求較低,相位同步問題很簡單，調整也比較容易。但它的輸出直流電壓的紋波係數較大。由於它接在電網的一相上，易造成電網負載不平衡,所以一般只用於4kW以下的中小容量的設備上。如果負載較大，一般都用三相電路。

三相整流電路

當整流容量較大，要求直流電壓脈動較小,對快速性有特殊要求的場合,應考慮採用三相可控整流電路。這是因為三相整流裝置三相是平衡的，輸出的直流電壓和電流脈動小，對電網影響小，且控制滯後時間短。圖2為三相橋式全控整流電路及其輸出電壓波形。在理想情況下，電路在任何時刻都必須有兩個晶閘管導通，一個是共陽極組的,另一個是共陰級組的,只有它們同時導通才能形成導電迴路。T1、T2、T3、T4、T5、T6的觸發脈衝互差60°。因此,電路每隔60°有一個晶閘管換流，導通次序為1→2→3→4→5→6，每個晶閘管導通120°。在整流電路合閘後,共陰極和共陽級組各有一個晶閘管導通。因此,每個觸發脈衝的寬度應大於60°、小於120°,或用兩個窄脈衝等效地代替大於60°的寬脈衝，即在向某一個晶閘管送出觸發脈衝的同時,向前一個元件補送一個脈衝,稱雙脈衝觸發。整流輸出電壓波形如圖2 所示。當T1、T6導通時,ud=uab；T1、T2導通時，ud=uac；同理，依次為ubc，uba，uca，ucb,均為線電壓的一部分，脈動頻率為300Hz,晶閘管T1上的電壓uT1波形分為三段，在T1導電的120°中，uT1=0（僅管壓降）；當T3導通，T1受反向電壓關斷,uT1=uab；T5導通時,T3關斷，uT1=uac。因此晶閘承受的最大正、反向電壓為線電壓的峰值。

採用三相全控橋式整流電路時，輸出電壓交變分量的最低頻率是電網頻率的6倍,交流分量與直流分量之比也較小，因此濾波器的電感量比同容量的單相或三相半波電路小得多。另外，晶閘管的額定電壓值也較低。因此，這種電路適用於大功率變流裝置。

多相整流電路

隨著整流電路的功率進一步增大(如軋鋼電動機，功率達數兆瓦)，為了減輕對電網的干擾，特別是減輕整流電路高次諧波對電網的影響，可採用十二相、十八相、二十四相，乃至三十六相的多相整流電路。圖3a為兩組三相橋串聯組成的十二相整流電路。為了獲得十二相波形，每個波頭應該錯開30°。所以採用三繞組變壓器，次級的兩個繞組一個接成星形，另一個接成三角形，分別供給兩組三相橋。兩組整流橋串聯後再接到負載。由於兩組整流橋輸出的電壓的相位彼此差30°，因此在負載上得到十二脈波的整流電壓,合成電壓中最低次諧波頻率為600Hz，輸出電壓ud=ud1+ud2,電流id=id1=id2。圖3b是兩組三相橋並聯組成大電流的十二相整流電路。兩橋變壓器次級繞組電壓依次相差30°。若兩組橋的交流線電壓相等,各自的控制角也相等,則兩組橋的整流平均電壓也相等,只要極性相符合,就可以並聯運行。但是兩組整流電壓的瞬時值是不等的，兩組電源間會出現交流環流。為了限止環流,延長晶閘管的導通時間,需要加入平衡電抗器,輸出電壓ud=(ud1+ud2)/2,電流id=id1+id2。

多相整流電路

採用多相整流電路能改善功率因數，提高脈動頻率，使變壓器初級電流的波形更接近正弦波，從而顯著減少諧波的影響。理論上，隨著相數的增加，可進一步削弱諧波的影響。但這樣做增加了設備費用，在技術上對精確地得到相同的控制角提出了較嚴格的要求。因而需對方案的技術經濟指標進行全面分析，最後作出選擇。

選擇整流電路

選擇整流電路時，主要從電性能好、結構簡單、經濟實用、對電網影響小等方面考慮，合理選用。

整流電路的諧波與功率因數

整流電路整流輸出電壓是脈動的直流電壓，整流輸出電流波形對十大電感負載是平直的，但對十電阻、小電感負載仍然是脈動的。同時，交流電源的電流波形，即整流變壓器二次電流波形是畸變的、非正弦的。在非正弦電路中，有功功率、視在功率、功率因數的定義均和正弦電路相同。公用電網中，通常電壓的波形畸變很小，但電流波形的畸變可能很大，因此研究電壓波形為正弦波，電流波形為非正弦波有實際意義。通常脈波數越多，直流側輸出越平滑，交流側電流越接近正弦波。為了增加脈波數，可以增加交流側相數，但是，一般相數增加越多，各相的通電時間變得越短，這樣會使整流兀件與整流變壓器副邊繞組的利用率變壞，使裝置體積變大，成本提高。

諧波和功率因數對電網的影響:

電力電子裝置產生諧波，對公用電網產生危害:使供電電源電壓和電流波形畸變。供電電源電壓和電流波形不但影響電網的其他用戶，也會禍及電力電子裝置木身，例如同步電壓畸變將使觸發角不穩定，導致整流波形不規則。增大負載和線路的電流，占用電源的容量，使電網中的元件產生附加損耗，功率因數下降，效率降低。諧波對電動機不產生負載轉矩，引起附加諧波損耗與發熱，縮短設備使用壽命。對臨近的通信系統產生干擾。由十開關過程的快速性等因素，在高電壓大電流下，在一定範圍內將產生電磁干擾，影響通信設備的正常工作。並聯在電源上用於補償功率囚數的電容器過熱。因為電容器的高頻阻抗低，很容易通過大量的諧波電流，造成高次諧波電流放大，嚴重的諧波過載會損壞電容器。可能產生諧波諧振過電壓使諧波放大，引起電纜擊穿事故。諧波的負序特性容易使繼電保護和自動裝置等敏感元件誤動作。使測量儀表的精度降低。大量的3次諧波和3的倍數次諧波流過中性線，會使線路中線過載。

電力電子裝置消耗無功功率，會對公用電網帶來不利影響:導致視在功率的增加，從而增加了電源的容量。使總電流增加，從而使線路的損耗增加。衝擊性無功負載會使電網電壓

劇烈波動。提高功率囚數的途徑卞要有:選擇合適的輸入電壓，在滿足控制和調節範圍的情況下儘可能減小控制角a。增加整流相數，改善交流電流的波形，減少諧波成分。設定補償電容器和濾波器。採用高功率因數的整流電路，如PWM整流電路。

整流電路的選擇

對於整流電路的選擇，有多個可以考慮的力一而。通常情況下，在對其進行選擇時，一般可以考慮其電性能的好壞，其設計的情況是結構簡單還是結構複雜，在經濟適用性力一而，還應考慮是否是物美價廉型的，在其副作用力一而，可以考慮其對電網的影響效果，是大還是小等。結合這些多力一而的因素，綜合考慮，相信可以合理選用，得到理想的結果。

幾種相控整流電路