三相半波、桥式(全波)整流及六脉冲整流电路.pdf

三相半波、桥式（全波）整流及六脉冲整流电路 三相半波、桥式（全波）整流及六脉冲整流电路 1.1. 三相半波整流滤波三相半波整流滤波 当功率进一步增加或由于其他原因要求多相整流时， 三相整流电路就被提了 出来图 1 所示就是三相半波整流电路原理图在这个电路中，三相中的每一相 都和 单独形成了半波整流电路，其整流出的三个电压半波在时间上依次相差 120º叠加，并且整流输出波形不过 0 点，其最低点电压 式中Up——是交流输入电压幅值 并且在一个周期中有三个宽度为 120º的整流半波因此它的滤波电容器的容 量可以比单相半波整流和单相全波整流时的电容量都小 图 1 三相半波整流电路原理图 2.2. 三相桥式（全波）整流滤波三相桥式（全波）整流滤波 图 2 所示是三相桥式全波整流电路原理图图 3 是它们的整流波形图图 3(a)是三相交流电压波形；图 3(b)是三相半波整流电压波形图；图 3(c)是三相 全波整流电压波形图在输出波形图中，N 粗平直虚线是整流滤波后的平均输出 电压值，虚线以下和各正弦波的交点以上（细虚线以上）的小脉动波是整流后未 经滤波的输出电压波形 图 2 三相桥式全波整流电路原理图 由图 1 和图 2 可以看出， 三相半波整流电路和三相桥式全波整流电路的结构 是有区别的。

（1） 三相半波整流电路只有三个整流二极管，而三相全波整流电路中却有六 只整流二极管； (2) 三相半波整流电路需要输入电源的中线，而三相全波整流电路则不需 要输入电源的中线 由图 3 可以看出三相半波整流波形和三相全波整流电路则不需要输入电源 的中线 图 3 三相整流的波形图 ① 三相半波整流波形的脉动周期是 120º而三相全波整流波形的脉动周期 是 60º； ② 三相半波整流波形的脉动幅度和输出电压平均值： 三相半波整流波形的脉动幅度是： (1) 式中 U——脉动幅度电压；Up是正弦半波幅值电压，比如有效值为 380V的线电 压， 其半波幅值电压为： (2) 那么其脉动幅度电压就是：输出电压平均值Ud是从 30º~150º积分得， （3） 式中 Ud——输出电压平均值； UA——相电压有效值 如果滤波后再经电容滤波，则输出电压就接近于幅值Up 三相全波整流波形的脉动幅度是： 输出电压平均值Ud是从 60º~120º积分得： UAB=2.34 UA=514V (4) 式中 Ud——输出电压平均值， UAB——线电压有效值 如果滤波后再经电容滤波，则输出电压就接近于幅值Up。

由上面的计算还可以看出，三相全波整流比三相半波整流优越得多，三相全 波整流用比半波整流小得多的电容器就可以达到最大值Up因此，UPS的输入整 流器中都采用了三相全波整流电路 3.3. 三相 6 脉冲整流器三相 6 脉冲整流器 上面的三相全波整流是不稳压的，因此在UPS中都用晶闸管整流器（简称晶闸 管）代替了二极管整流器，如图 4 所示 图 4 三相桥式 6 脉冲全控整流电路原理图 图中的晶闸管整流器 VS 和二极管整流器 VD 的工作方式有很大区别 （1） 二极管整流器 VD 阳极和阴极之间的正向电压只要大于其 PN 结的势 垒电压，二极管就导通而晶闸管整流器 VS，在其控制极没有触发信号加上时， 只要其阳极和阴极之间的正向电压不大到把管子击穿，那么它就不导通 （2） 晶闸管整流器 VS 的导通条件有： ① 阳极和阴极之间的正向电压对于二极管整流器来说，这个电压只要在 0.7V 左右时，就开始导通了；而晶闸管一般规定在 6V 以上 ② 控制极触发信号电压晶闸管一般都用脉冲触发，要求这个电压脉冲要 有一定的幅度和宽度，没有一定的幅度就不能抵消 PN 结的势垒电压，没有一定 的宽度就不能有足够的时间使导通由一点扩散到整个 PN 结。

一般要求幅度为 3~5V，宽度 4~10µs，触发电流 5~300mA ③ 维持电流 是指可以维持晶闸管整流器 VS 导通的最小电流， 一般对 20A 到 200A 的晶闸管来说，规定其维持电流小于 60mA ④ 擎住电流是指晶闸管被打开而控制极触发信号电压消失后，可以维持 继续导通的最小电流，这个电流一般是维持电流的若干倍 （3）控制角α与导通角θ为了表征晶闸管对交流电压的控制行为而引出了 这两个参量图 5 所示是控制角α与导通角θ的关系下面就对它们的含义进行 讨论 图 5 控制角α与导通角θ的关系 ①控制角α当交流正半波加到晶闸管上时，就具有了使晶闸管导通的基础 条件，什么时刻给晶闸管控制极加触发信号使其开通呢？从交流正弦波过 0 开 始，一直到晶闸管被触发导通（时间 b）的这段晶闸管不导通的时间 0b，称为控 制角，用α表示由于晶闸管开启很快，一般是小于 1µs，故认为加触发信号的 时间就是晶闸管被打开的时间，即一般都把开启时间忽略不计 ②导通角θ由于晶闸管的开启是一个正反馈过程，故打开后就不能自动关 断， 这个导通过程要一直延续到电压过 0， 把从开启到截止这段时间称为导通角， 用θ表示。

UPS 中的输入整流器就是利用对上述这两个参量的控制来实现稳压的一般 称这种控制为“相控”很明显，在这里α+β=180º,就是说只要知道这两个参 数中的一个，另一个也就知道了 4.4. 六相全波整流和 12 脉冲整流器六相全波整流和 12 脉冲整流器 六相全波整流及 12 脉冲整流器在一些 UPS 中为了提高输入功率因数或者提 高功率容量，就采用了六相全波整流即 12 脉冲整流实际上，在 UPS 中都采用 的六相全波相控整流，也就是通常所说的 12 脉冲整流既然是 12 脉冲，就说明 了两个问题：一个是采用了 12 只晶闸管，一个是 6 相输入电源 图 6 12 脉冲整流电路 图 6 所示是 12 脉冲整流电路不难看出，两个整流器的结构一模一样，都 是三相 6 脉冲整流，不同的是两个整流器输入变压器的结构不同，一个变压器绕组 是“Y”型连接，一个变压器绕组是“Δ”型连接这样连接的结果就使二者的 电压相位差为 30º，也即整流脉动的最大宽度是 30º由此得出多相整流时的最 大脉动宽度（即晶闸管导通时间θ）表达式为： 其中 P 为控制脉冲数， 比如 6 脉冲时是 60º， 12 脉冲时是 30º， 18 脉冲时是 20º， 24 脉冲时是 15º等等，脉动周期越小，其整流输出电压越高、越接近交流电压峰 值，其表示式为在区间的积分： （5） 对于 12 脉冲半波整流来说，当α=0 时， 这已是 220V 相电压的峰值；若是 12 脉冲全波整流，其值为： （6） 当α=0 时其整流电压：Ud=618V 图中两个一样的整流器输出是通过各自的扼流圈后进行并联的，目的是使二 者的输出电流均衡，因为两个整流器虽然一样，但它们的内阻决不会一样，就会 造成输出电流的不均衡。

因此，扼流圈的阻抗值要远远大于整流器的内阻，即整 流器的内阻和扼流圈的阻抗相比可以忽略不计 由上面可知，整流相数越多，其整流输出电压的脉动频率越高，脉动幅度越 小，脉动系数就越小输出纹波就越低，纹波系数也就越小图 7 给出了 12 脉 冲整流时的波动和多相半波整流时平均值接近峰值的情况 图 7 12 脉冲整流时的波动和多相半波整流时平均值接近峰值的情况 下面也给出脉动系数和纹波系数的表达式： 脉动系数： （7） 纹波系数： （8） 为了有一个量的概念，表 1 给出了半波整流输出电压的脉动系数、纹波系 数和整流相数P的关系由表中可以看出：三相全波（半波 6 相）整流比单相全波（半波 2 相）整流时的麦冬系数和纹波系数小得多，比后者的 1/10 还 小，当然加在后面的滤波电容也就小得多，这也就是为什么当UPS的容量达到一 定值时，都尽量采用三相全波整流：为了提高效率，都不采用 6 相半波整流，虽 然都是 6 只整流管， 但由于三相全波整流的输出电压比 6 相半波整流的输出电压 高， 因此在同样功率下， 三相全波整流的电流小， 所以功耗也小， 效率也就高了。

表 1 半波整流输出电压的脉动系数、纹波系数和整流相数的关系 。