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三相整流电路:组成和工作原理

2016.05.17 18:11 评论:0

电路组成和工作原理工业上用的大功率直流电源,多采用三相正弦交流电经二极管整流得到。如图下图所示,三相交流电源经二次侧星形联结的三相变压器变压后,接于三相桥式电路a、b、c端。图中六个二极管分成两组。第一组VD1、VD3、VD5为共负(阴)极连接,第二组VD2、VD4、VD6为共正(阳)极连接。每一组中三个二极管轮流导通。共负极组中,正极电位最高的那个二极管导通;共正极组中,负极电位最低的那个二极管导通。同一时刻,各组中只有一个二极管导通,其他的不导通。

三相桥式整流电路

下图a所示为三相电压波形图,图b所示为整流后的输出电压波形图,图c所示为不同时间间隔的导通二极管的编号图。例如,图中t1~t2时间段三相电压中,$u_{a}$相电压最高,共负极组的VD1导通;$u_{b}$相电压最低,共正极组的VD4导通。所以输出电压应是线电压$u_{ab}$在该时间段的波形。而在t2~t3时间段内,$u_{a}$仍是最高,共负极组仍是VD1导通,但此时$u_{c}$电压最低,所以共正极组的VD6导通,输出电压是线电压$u_{ac}$,其余类推。由输出电压$u_{o}$波形图中可以看出,$u_{o}$是由各时间段的线电压拼接而成的波形。

三相桥式整流电路的电压波形

输出电压平均值:用U2表示变压器二次侧相电压的有效值,则星形联结的变压器二次侧电压有效值为$\sqrt{3}U_{2}$,相位上超前相电压30°。数学证明,输出电压的平均值为:

$$U_{o}=2.34U_{2}$$

负载电流的平均值为:

$$I_{o}=\frac{U_{o}}{R_{L}}=2.34\frac{U_{2}}{R_{L}}$$

三极管承受反向最高电压:每个二极管所承受的最高反向电压为变压器二次侧线电压的幅值,即:

$$U_{RM}=\sqrt{3}\times \sqrt{2}U_{2}=2.45U_{2}=1.05U_{o}$$

二极管平均电流:在一个周期内,由于每个二极管只有1/3时间导通,因此流过每个二极管的平均电流为:

$$I_{v}=\frac{1}{3}I_{o}=\frac{2.34U_{2}}{3R_{L}}=0.78\frac{U_{2}}{R_{L}}$$

式$U_{o}=2.34U_{2}$的证明如下:由前面的三相桥式整流电路图,并考虑到线电压$U_{ab}$超前相电压$u_{a}30^{\circ}$有:

$$ \begin{align}U_{o} & =\frac{1}{\pi /3}\int_{\frac{\pi }{6}}^{\frac{\pi }{2}}\sqrt{2}U_{ab}sin(\omega t+30^{\circ})d(\omega t)\\ & =\frac{3}{\pi }\int_{\frac{\pi }{2}}^{\frac{\pi }{2}}\sqrt{6}\sqrt{3}U_{a}sin(\omega t+30^{\circ})d(\omega t)\\ & =2.34U_{a}\\ & =2.34U_{2}\end{align}$$