
1.3 纯阻性负载三相整流电路
对于中等功率(1~50kW)的电源整流设备,或者仅由小型三相发电机组供电的场合,宜采用三相整流电路,其特点如下:
1)以相同的交流相电压输入,整流电压比单相电路高。
2)整流电压纹波较小、纹波频率较高,所以输出纹波易于滤除。
3)三相整流电路对三相电网负荷均衡——对于功率较大的整流设备尤为重要。
4)三相整流电路的缺点是三相变压器结构比较复杂,使用整流器件比较多,所以很少用于小功率电气设备。
1.3.1 纯阻性负载三相半波整流电路
纯阻性负载三相半波整流电路仿真原理图如图1.9所示,变压器一次侧通常为三角形联结,而二次侧为星形联结。此处将变压器省略,直接利用三路正弦波电压源代替变压器二次输出电压。如果电网为三相对称系统,则变压器二次相电压对中性点相差2π/3轮流工作,两只整流管不会同时导通。

图1.9 纯阻性负载三相半波整流电路仿真原理图
整流电路波形如图1.10所示,A相和C相的相电压对中性点电压均为正值,但只有A相整流管D1导通,而C相整流管D3截止。主要因为D1得到Vsina的正向电压而导通,整流管D3的正极虽然得到C相Vsinc的正向电压,但由于整流管D1的导通使D3的负极得到比Vsinc更大的瞬时电压Vsina,从而使整流管D3反偏截止。由此可见,三相整流电路中不能认为某相瞬时电压为正则该相所连接的整流管就会导通,而是只有瞬时电压最大相的整流管导通。由图1.10 可见,在一个周期中A、B、C三相分别在三段时间轮流导通,其相电压分别为VA、VB、VC,每只整流管导电时间为T/3。因此整流器负载RL上取得的单相电压uo即为各相电压的包络线。整流电压的极性以整流器件的公共端为正,变压器二次侧中性点为负。如果所接整流管全部反接,则所得单相电压极性也相反。

图1.10 纯阻性负载三相半波整流电路波形及某时刻A相(A1)和C相(A2)数据
将三相电路和单相电路比较可知,三相整流输出电压的直流分量较大,纹波成分仅存在以3为倍数的谐波分量,而且最低次谐波(3次谐波)的幅度比单相电路小得多。
1.3.2 纯阻性负载三相桥式整流电路
为了进一步改善电路性能,可以采用如图1.11所示的三相桥式整流电路,该电路和单相桥式电路一样无需中心抽头。如果将图1.11中的整流管D5和D6去掉就构成了由D1~D4组成的单相桥式整流电路——对A-B两相之间的线电压进行整流。而单相和三相电路的区别仅是整流管导通次序及导通角度不同。

图1.11 纯阻性负载三相桥式整流电路仿真原理图
由三相半波整流电路可知,三个负极相连的整流管轮流导通,每只整流管的导通角为120 °。一旦整流管正极电压最高相导通之后,公共负极电压就几乎等于该最高电压,因而另外两只整流管必定截止,如图1.11 中奇数组D1、D3、D5 的导电状况。对于偶数组D2、D4、D6三只正极相连的整流管也有类似状况,即当整流管反相电压最低相导通之后,公共正极电位就几乎等于该反向最高电压幅度,因而另外两只整流管必定截止。
如图1.12所示整流电路波形中,967 ms时刻,相对于B相和C相电压,A相电压VA为正向最高,因而奇数组中D1导通;而此时,相对于A相和C相电压,B相电压VB为反向最高,偶数组中D4导通,其余四只整流管均处于截止状态,其电流回路为O-VA-D1-RL-D4-VB-O。

图1.12 纯阻性负载三相桥式整流电路波形及半周期放大波形
同理,963 ms时刻,整流管D1和D6导通,其电流回路为O-VA-D1-RL-D6-VC-O。依次类推,负载电阻RL上所得瞬时电压等于该瞬间正电压与负电压之差,由负载电阻两端电压V(uo)可得输出电压的最大时刻与最小时刻。输出整流电压的平均分量为三相半波整流电路输出电压的2倍,而每周期输出的脉动次数为电源频率的6倍,纹波幅度更小。
变压器二次侧每相电压在正半周时的导通角为120 °,在负半周时导通角同样为120 °,即每个周期导通240 °。所以三相桥式整流电路同样为全波整流电路,此时变压器利用系数F接近1( F=0.955)。因此三相桥式整流电路在大功率整流设备中得到广泛应用。