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第2章 三相相控整流电路 2.1 三相半波相控整流电路 2.2 三相全控桥式相控整流电路 2.3 变压器漏电抗对整流电路的影响
第2章 三相相控整流电路 2.1 三相半波相控整流电路 2.2 三相全控桥式相控整流电路 2.3 变压器漏电抗对整流电路的影响 2.4 集成触发电路 习题及思考题
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2.1 三相半波相控整流电路 电阻性负载 三相半波(又称三相零式)相控整流电路如图2-1(a)所示。 图中TR是整流变压器，可直接由三相四线电源供电。 三只晶闸管的阴极连在一起， 称为共阴极接法， 这在触发电路有公共线时连接比较方便， 因此得到了广泛应用。
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图 2-1 三相半波可控整流电路电阻性负载α=0°时的波形
(a) 电路； (b) 电源相电压； (c) 触发脉冲； (d) 输出电压、 电流； (e) 晶闸管V -1上的电流； (f) 晶闸管V -1上的电压
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图2-1(b)是电源相电压波形，三相电压正半周交点（图中1、 2、 3等点）是不用控制时整流的自然换流点，也就是各相晶闸管能被触发导通的最早时刻（1点离a相相电压ua的原点π/6）， 该点作为控制角α的计算起点。当α=0°时（ωt1所处时刻）， 触发V1管，则V1管导通，负载上得到a相相电压。同理，隔20°电角（ωt2时刻）触发V2管，则V2导通， V1则受反压而关断， 负载得到b相相电压。ωt3时刻触发V3导通， 而V2关断，负载上得到c相相电压。 如此循环下去。 输出电压ud是一个脉动的直流电压， 如图2-1(d)所示，它是三相交流相电压正半周包络线， 相当于半控整流的情况。在一个周期内，ud有三次脉动，脉动的最高频率是150 Hz。从中可看出， 三相触发脉冲依次间隔120°电角， 在一个周期内三相电源轮流向负载供电， 每相晶闸管各导通120°， 负载电压是连续的。
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图2-1(e)是流过a相晶闸管V1的电流波形，其它两相晶闸管的电流波形形状与此相同，相位依次相差120°。变压器绕组中流过的是直流脉动电流，在一个周期中， 每相绕组只工作1/3周期，因此存在变压器铁芯直流磁化和利用率不高的问题。 图2-1(f)是V1上电压的波形。 V1导通时为零；V2导通时， V1承受的是线电压uab；V3导通时，V1承受的是线电压uac。其它两只晶闸管上的电压波形形状与此相同，只是相位依次相差120°。
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图 2-2 三相半波可控整流电路电阻性负载α=30°时的波形
图 2-2 三相半波可控整流电路电阻性负载α=30°时的波形 (a) 电源电压； (b) 触发脉冲；(c) 输出电压、 电流； (d) 晶闸管上的电流
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图2-2所示是α=30°时的波形。设V3已导通，负载上获得c相相电压uc，当电源经过自然换流点ωt0时，由于V1的触发脉冲ug1还没来到，因而不能导通，而uc仍大于零，所以V3不能关断而继续导通；直到ωt1处，此时ug1触发V1导通，V3承受反压关断，负载电流从c相换到a相。以后即如此循环下去。 从图2-2中可看出， 这是负载电流连续的临界状态， 一个周期中， 每只管子仍导通120°。
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图2-3所示是α=60°时的波形， 设V3已工作，电路输出c相相电压uc。当uc过零变负时，V3因承受反压而关断。此时V1虽已承受正向电压， 但因其触发脉冲ug1尚未来到，故不能导通。此后，直到ug1 到来前的一段时间内，各相都不导通，输出电压电流都为零。当ug1到来，V1导通， 输出电压为a相相电压ua, 依次循环。 若控制角α继续增大，则整流电路输出电压ud将继续减小。当α=150°时，ud就减小到零。
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图 2-3 三相半波可控整流电路电阻性负载α=60°时的波形 电源电压； (b) 触发脉冲；
(c) 输出电压、 电流； (d) 晶闸管上的电压
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由上分析可知： （1） 控制角α=0°时，输出电压最大；α增大， 输出电压减小； 当α=150°时， 输出电压为零， 所以最大移相范围为150°。当α≤30°时，电流（压）连续， 每相晶闸管的导通角θ为120°，当α＞30°时， 电流（电压）断续， 导通角θ小于120°， 导通角为θ=150°-α。
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（2） 由于每相导电情况相同，故只需在1/3周期内求取电路输出电压的平均值， 即一个周期内电路输出的平均值。
当α≤30°时，电流电压连续，输出直流电压平均值Ud为 0°≤α≤30° 式中U2φ为变压器次级相电压有效值。
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当30°＜α≤150°时，电路输出电压ud、输出电流id波形断续，如图2-3所示，导通角θ=150°-α。可求得输出电压的平均值为
30°≤α≤150°
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（3） 负载电流的平均值Id为I 流过每个晶闸管的平均电流IdV为 流过每个晶闸管电流的有效值为 0°≤α≤30°
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0°≤α≤150° （4） 从图2-1(f)可看出，晶闸管所承受的最大反向电压为电源线电压峰值，即 ， 最大正向电压为电源相电压峰值， 即 。
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2.1.2 大电感负载 图 2-4 三相半波可控整流电路大电感负载α=60°时的波形
大电感负载 图 2-4 三相半波可控整流电路大电感负载α=60°时的波形 (a) 电路； (b) 输出电压； (c) 触发脉冲； (d) 输出电流； (e) 晶闸管上的电压
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由上分析可得： （1） 由图2-4可看出晶闸管承受的最大正、反向电压均为线电压峰值 ， 这一点与电阻性负载时晶闸管承受 的正向电压是不同的。
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（2） 输出电压的平均值Ud可由ud波形从π/6+α~5π/6+α内积分求得
负载电流的平均值Id为 流过晶闸管的电流平均值与有效值为
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图 2-5 三相半波可控整流电路电感负载带续流二极管时的波形 (a) 电路； (b) 输出电压； (c) 输出电流
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很明显，ud的波形与纯电阻负载时一样，Ud的计算公式也与电阻性负载时相同。一个周期内，晶闸管的导通角θT=150°-α。续流二极管在一个周期内导通三次，因此其导通角θVD=3(α-30°)。 流过晶闸管的平均电流和电流的有效值分别为
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流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为
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2.1.3 反电势负载 串联平波电抗器的电动机负载就是一种反电势负载。当电感L足够大时，负载电流id的波形近似于一条直线，电路输出电压ud的波形及计算与大电感负载时一样。但当L不够大或负载电流太小，L中储存的磁场能量不足以维持电流连续时，则ud的波形出现由反电势E形成的阶梯，Ud不再符合前面的计算公式。
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Ud=-1.17U2φcosα (2-15) 2.1.4 共阳极整流电路
共阳极整流电路 图2-6(a)所示电路为将三只晶闸管阳极连接在一起的三相半波可控整流电路，称为共阳极接法。这种接法可将散热器连在一起， 但三个触发电源必须相互绝缘。共阳极接法中，晶闸管只能在相电压的负半周工作，其阴极电位为负且有触发脉冲时导通，换相总是换到阴极电位更负的那一相去。相电压负半周的交点就是共阳极接法的自然换流点。共阳极整流电路的工作情况、 波形及数量关系与共阴极接法相同，仅输出极性相反， 其输出电压、 电流波形和三个晶闸管中的电流波形如图2-6(b)、 (c)、 (d)、 (e)、 (f)所示，均为负值。大电感负载时，Ud的计算公式为 Ud=-1.17U2φcosα (2-15) 式中负号表示电源零线是负载电压的正极端。
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三相半波可控整流电路只用三只晶闸管， 接线简单，与单相电路比较， 其输出电压脉动小、 输出功率大、 三相平衡。 但是整流变压器次级绕组在一个周期内只有1/3时间流过电流变压器的利用率低。 另外， 变压器次级绕组中电流是单方向的， 其直流分量在磁路中产生直流不平衡磁动势，会引起附加损耗； 如不用变压器，则中线电流较大，同时交流侧的直流电流分量会造成电网的附加损耗。 因此， 这种电路多用于中等偏小容量的设备上。
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图2-6 三相半波共阳极可控整流电路及波形
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2.2 三相全控桥式相控整流电路 三相全控桥式整流电路由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成， 如图2-7所示。因此，整流输出电压的平均值Ud为三相半波整流时的两倍，在大电感负载时为 式中U2l为变压器次级线电压有效值。
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图 2-7 三相桥式全控整流电路
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与三相半波电路相比，若要求输出电压相同，则三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电压的要求降低一半； 若输入电压相同，则输出电压Ud比三相半波可控整流时高一倍。另外， 由于共阴极组在电源电压正半周时导通，流经变压器次级绕组的电流为正；共阳极组在电压负半周时导通， 流经变压器次级绕组的电流为负，因此在一个周期中变压器绕组不但提高了导电时间，而且也无直流流过，克服了三相半波可控整流电路存在直流磁化和变压器利用率低的缺点。
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2.2.1 工作原理 图 2-8 三相全控桥式整流电路大电感负载α=0°时的波形
工作原理 图 2-8 三相全控桥式整流电路大电感负载α=0°时的波形 (a) 输入电压； (b) 晶闸管的导通情况； (c) 触发脉冲； (d) 输出电压； (e) 变压器次级电流及电源线电流； (f) 晶闸管上的电压
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图 2-8 三相全控桥式整流电路大电感负载α=0°时的波形
(a) 输入电压； (b) 晶闸管的导通情况； (c) 触发脉冲； (d) 输出电压； (e) 变压器次级电流及电源线电流； (f) 晶闸管上的电压
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图 2-8 三相全控桥式整流电路大电感负载α=0°时的波形
(a) 输入电压； (b) 晶闸管的导通情况； (c) 触发脉冲； (d) 输出电压； (e) 变压器次级电流及电源线电流； (f) 晶闸管上的电压
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为分析方便，把一个周期分为6段，每段相隔60°。在第(1)段期间，a相电位ua最高，共阴极组的V1被触发导通，b相电位ub最低，共阳极组的V6被触发导通，电流路径为ua→V1→R(L)→V6→ub。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流ia为正，共阳极组的b相电流ib为负，输出电压为线电压ud=uab。 在第(2)段期间，ua仍最高，V1继续导通，而uc变为最负，电源过自然换流点时触发V2导通，c相电压低于b相电压，V6因承受反压而关断，电流即从b相换到c相。这时电流路径为ua→V1→R(L)→V2→uc。变压器a、c两相工作，共阴极组的a相电流i为正，共阳极组的c相电流ic为负，输出电压为线电压ud=uac
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在第(3)段期间，ub为最高，共阴极组在经过自然换流点时触发V3导通，由于b相电压高于a相电压， V1管因承受反压而关断， 电流从a相换相到b相。V2因为uc仍为最低而继续导通。这时电流路径为ub→V3→R(L)→V2→uc。变压器b、 c两相工作，共阴极组的b相电流ib为正，共阳极组的c相电流ic为负，输出电压为线电压ud=ubc。以下各段依此类推， 可得到在第(4)段时输出电压ud=uba；在第(5)段时输出电压ud=uca； 在第(6)段时输出电压ud =ucb。以后则重复上述过程。由以上分析可知，三相全控桥式整流电路晶闸管的导通换流顺序是：V6→V1→V2→V3→V4→V5→V6。电路输出电压ud的波形如图2-8(d)所示。
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结果分析 由以上分析可看出如下几点： (1) 三相全控桥式整流电路在任何时刻必须保证有两个不同组的晶闸管同时导通才能构成回路。换流只在本组内进行， 每隔120°换流一次。 由于共阴极组与共阳极组换流点相隔60°，所以每隔60°有一个元件换流。 同组内各晶闸管的触发脉冲相位差为120°，接在同一相的两个元件的触发脉冲相位差为180°， 而相邻两脉冲的相位差是60°。 元件导通及触发脉冲情况如图2-8(b)、 (c)所示。
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(2) 为了保证整流装置启动时共阴与共阳两组各有一个晶闸管导通或电流断续后能使关断的晶闸管再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。采用宽脉冲（必须大于60°、小于120°， 一般取80°～100°）或双窄脉冲（在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次， 两次脉冲间隔为60°）都可达到上述目的。 采用双窄脉冲触发的方式示于图2-8(c)中。 双窄脉冲触发电路虽然复杂， 但可减小触发电路功率与脉冲变压器体积， 所以较多采用。
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(3) 整流输出电压ud由线电压波头uab、uac、ubc、uba、uca和ucb组成，其波形是上述线电压的包络线。可以看出， 三相全控桥式整流电压ud在一个周期内脉动6次，脉动频率为300 Hz， 比三相半波大一倍（相当于6相）。 (4) 图2-8(e)所示为流过变压器次级的电流和电源线电流的波形。由图可看出，由于变压器采用△/Y接法，使电源线电流为正、负面积相等的阶梯波， 更接近正弦波，谐波影响小， 因此在整流电路中， 三相变压器多采用△/Y或Y/△接法。
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(5) 图2-8(f)所示为晶闸管所承受的电压波形。由图可看出， 在第(1)、(2)两段的120°范围内， 因为V1导通，故V1承受的电压为零；在第(3) 、 (4)两段的120°范围内，因V3导通，所以V1管承受反向线电压uab；在第(5)、 (6)两段的120°范围内，因V5导通，所以V1管承受反向线电压uac。同理也可分析其它管子所承受电压的情况。当α变化时，管子电压波形也有规律地变化。 可以看出，晶闸管所承受最大正、 反向电压均为线电压峰值， 即
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(6) 脉冲的移相范围在大电感负载时为0°～90°。 顺便指出， 当电路接电阻性负载时，当α＞60°时波形断续， 晶闸管的导通要维持到线电压过零反向后才关断， 移相范围为0°～120°。
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(7) 流过晶闸管的电流与三相半波时相同， 电流的平均值和有效值分别为
当α＞0°时，每个晶闸管都不在自然换流点换流，而是后移一个α角开始换流，图2-9、2-10、 2-11为α=30°、60°、 90°时电路的波形。 从图中可见，当α≤60°时，ud的波形均为正值，其分析方法与α=0°时相同。当α＞60°时， 由于电感L的感应电势的作用，ud的波形出现负值，但正面积大于负面积，平均电压Ud仍为正值。当α=90°时，正、 负面积相等，输出电压Ud =0。
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图 2-9 三相全控桥式整流电路大电感负载α=30°时的电压波形
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图2-10 三相全控桥式整流电路大电感负载
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图 2-11 三相全控桥式整流电路大电感负载α=90°时的电压波形
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2.3 变压器漏电抗对整流电路的影响 2.3.1 换相期间的输出电压
2.3 变压器漏电抗对整流电路的影响 换相期间的输出电压 以三相半波可控整流大电感负载为例， 分析漏抗对整流电路的影响， 其等效电路如图2-12(a)所示。 在换相（即换流）时， 由于漏抗阻止电流变化，因此电流不能突变， 因而存在一个变化的过程。
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例如, 在图2-12(b)中，ωt1时刻触发V2管，使电流从a相转换到b相， a相电流从Id不能瞬时下降到零，而b相电流也不能从零突然上升到Id，电流换相需要一段时间，直到ωt2时刻才完成， 如图2-12(c)所示，这个过程叫换相过程。 换相过程所对应的时间以相角计算，叫换相重叠角，用γ表示。在重叠角γ期间， a、b两相晶闸管同时导电，相当于两相间短路。两相电位之差ub-ua称为短路电压，在两相漏抗回路中产生一个假想的短路电流ik， 如图2-12(a)虚线所示（实际上晶闸管都是单向导电的， 相当于在原有电流上叠加一个ik ），a相电流ia=Id- ik ，随着ik的增大而逐渐减小；而ib= ik是逐渐增大的。当增大到Id也就是ia减小到零时，V1关断，V2管电流达到稳定电流Id ，完成换相过程。
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换相期间，短路电压为两个漏抗电势所平衡， 即
(2-20) 负载上电压为 (2-21)
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上式说明，在换相过程中，ud波形既不是ua也不是ub， 而是换流两相电压的平均值，如图2-12(b)所示。 与不考虑变压器漏抗，即γ=0时相比，整流输出电压波形减少了一块阴影面积，使输出平均电压Ud减小了。这块减少的面积是由负载电流Id换相引起的，因此这块面积的平均值也就是Id引起的压降， 称为换相压降， 其值为图中三块阴影面积在一个周期内的平均值。对于在一个周期中有m次换相的其它整流电路来说，其值为m块阴影面积在一个周期内的平均值。由式(2-21)知， 在换相期间输出电压ud = ub -LT(dik/dt)= ub -LT(dib/dt)， 而不计漏抗影响的输出电压为ub ，故由LT引起的电压降低值为ub -ud=LT(dib/dt)，所以一块阴影面积为
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因此一个周期内的换相压降为 上式中m为一个周期内的换相次数，三相半波电路m=3， 三相桥式电路m=6。XT是漏感为LT的变压器每相折算到次级绕组的漏抗。 变压器的漏抗XT可由公式 求得，式中U2为相电压有效值，I2为相电流有效值，uk%为变压器短路比, 取值在5～12之间。 换相压降可看成在整流电路直流侧增加一只阻值为mXT/2π的等效内电阻，负载电流Id在它上面产生的压降，区别仅在于这项内电阻并不消耗有功功率。
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图2-12 变压器漏抗对可控整流电路电压、电流波形的影响
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换相重叠角γ 为了便于计算， 将图2-12中的坐标原点移到a、b相的自然换相点， 并设 从电路工作原理可知，当电感LT中电流从０变到Id时，正好对应ωt从α变到α＋γ，根据这些条件，再对式（2-20）进行数学运算可求得 （2-23）
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上式是一个普遍公式， 对于三相半波电路，代入m=3可得
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对于单相双半波电路， 它相当于两相半波电路, 只要把m=2代入即可得
对于单相全控桥，由于变压器漏抗XT在一周期两次换流中都起作用，其电流从Id到-Id，虽然此时m=2，但换流角方程为
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由式(2-23)可见，只要已知Id、XT、U2φ与控制角α，就可计算出重叠角γ。当α一定时， Id XT增大，则γ增大，这是因为重叠角的产生是由于换相期间变压器漏感储存电能引起的， Id XT愈大，变压器储存的能量也愈大。当Id XT为常数时，α愈小则γ愈大，α为0时γ最大。 变压器的漏抗与交流进线串联电抗的作用一样，能够限制短路电流且使电流变化比较缓和，对晶闸管上的电流变化率和电压变化率也有限制作用。但是由于漏抗的存在，在换相期间， 相当于两相间短路，使电源相电压波形出现缺口， 用示波器观察相电压波形时，在换流点上会出现毛刺， 严重时将造成电网电压波形畸变，影响本身与其它用电设备的正常运行。
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可控整流电路的外特性 可控整流电路对直流负载来说是一个有内阻的电压可调的直流电源。考虑换相压降Uγ、整流变压器电阻RT（为变压器次级绕组每相电阻与初级绕组折算到次级的每相电阻之和）及晶闸管压降ΔU后，直流输出电压为 (2-24) 式中，Udo为α=0°时整流电路输出的电压（Udo=1.17U2φ），即空载电压；RI为整流电路内阻， RI =RT＋mXT/2π；ΔU是一个晶闸管的正向导通压降， 单位为V；三相半波时电流流经一个整流元件n=1，三相桥式时n=2。考虑变压器漏抗时的可控整流电路。 外特性曲线如图2-13所示。
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图 2-13 考虑变压器漏抗时的可控整流电路外特性
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由图可以看出，当控制角α一定时， 随着整流电流Id的逐渐增大，即电路所带负载的增加，整流输出电压逐渐减小， 这是由整流电路内阻所引起的。 而当电路负载一定时， 即整流输出电流不变， 则随着控制角α的逐渐增大，输出整流电压也是逐渐减小的。
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2.4 集成触发电路 2.4.1 KC04集成移相触发器 KC系列集成触发器品种多，功能全，可靠性高，调试方便，应用非常广泛。
2.4 集成触发电路 KC04集成移相触发器 KC系列集成触发器品种多，功能全，可靠性高，调试方便，应用非常广泛。 KC04移相触发器主要为单相或三相全控桥式晶闸管整流电路作触发电路，其主要技术参数有：
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电源电压： DC±15 V（允许波动5%）； 电源电流： 正电流小于等于15 mA， 负电流小于等于8 mA； 脉冲宽度： 400 μs～2 ms； 脉冲幅值； 大于等于13 V； 移相范围： 小于180°（同步电压us=30 V时， 为150°）； 输出最大电流： 100 mA； 环境温度： -10～70℃。
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图 2-14 KC04组成的移相式触发电路
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1． 同步电路 同步电路由晶体管V1～V4等元件组成。正弦波同步电压uV经限流电阻加到V1 、V2的基极。在uV正半周， V2截止，V1导通，VD1导通，V4得不到足够的基极电压而截止。在uV的负半， V1截止，V2 、V3导通，VD2导通，V4同样得不到足够的基极电压而截止。必须注意的是，在上述uV的正、负半周内，当| uV |＜0.7 V时， V1 、V2 、V3均截止，VD1、VD2也截止，于是V4从电源+15 V经R3、R4获得足够的基极电流而饱和导通，在V4的集电极获得与正弦波同步电压uV同步的脉冲uc4，即uc4与uV的变化频率相同，如图2-15所示。
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2． 锯齿波形成电路 三极管V5、电容C1等组成锯齿波发生器。当V4截止时，+15 V电源通过R6、R22、RW、-15 V对C1充电。当V4导通时， C1通过V4、VD3迅速放电，在KC04的第④脚（也就是V5的集电极）形成锯齿波电压uc5，锯齿波的斜率取决于R22、RW与C1的大小，锯齿波的相位与uc4相同。
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3． 移相电路 晶体管V6与外围元件组成移相电路。锯齿波电压uc5、控制电压UK、偏移电压UP分别通过电阻R24、R23、R25在V6的基极叠加成ube6，当ube6 ＞0.7 V时，V6导通，即uc5＋UP＋UK控制了V6的导通与截止时刻。由波形图可以看出，锯齿波与ωt轴的交点就是脉冲产生的时刻，如ub6波形所示。这个交点的左移或右移可由控制电压UK来确定。当UK增加时，交点左移，脉冲左移， 控制角α减小；当UK减小时，交点右移， 脉冲也右移， 控制角α增大，这样就控制了脉冲的移相。偏移电压UP的作用是当控制电压UK为零时，可用UP来确定脉冲的起始位置。
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图 2-15 KC04各点电压波形图
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图 2-15 KC04各点电压波形图
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4． 脉冲形成电路 V7与外围元件组成脉冲形成电路。当V6截止时，＋15 V电源通过R7、V7的b-e结对C2充电（左正右负）， 同时V7经R26获得基极电流而导通。当V6导通时，C2上的充电电压成为V7的b-e结的反偏电压，V7截止。此后＋15 V经R26 、V6对C2充电（左负右正），当反向充电电压大于1.4 V时，V7又恢复导通。这样在V7的集电极得到了脉冲uc7，其脉宽由时间常数R26C2的大小决定。
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5． 脉冲输出电路 V8～V15组成脉冲输出电路。在同步电压uV的一个周期内， V7的集电极输出两个相位差180°的脉冲。在uV的正半周，V1导通，A点为低电位，B点为高电位，使V8截止，V12导通。 V12的导通使VDW5截止，由V13、V14、V15组成的放大电路无脉冲输出。 V8的截止使VDW3导通，V7集电极的脉冲经V9、V10、V11组成的电路放大后由①脚输出。同理可知，在uV的负半周，V8导通，V12截止，V7的正脉冲经V13、V14、V15组成的电路放大后由15脚输出。 KC04的第13脚为脉冲列调制端， 14脚为脉冲封锁控制端。 在KC04的基础上采用四级晶闸管作脉冲记忆就构成了改进型产品KC09。 KC09与KC04可以互换，但KC04提高了抗干扰能力和触发脉冲的前沿陡度， 脉冲调节范围也增大了。
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六路双脉冲发生器KC41C 三相全控桥式整流电路要求用双窄脉冲触发，即用两个间隔60°的窄脉冲去触发晶闸管。产生双脉冲的方法有两种， 一种是每个触发电路在每个周期内只产生一个脉冲， 脉冲输出电路同时触发两个桥臂的晶闸管，这叫外双脉冲触发； 另一种是每个触发电路在一个周期内连续发出两个相隔60°的窄脉冲， 脉冲输出电路只触发一个晶闸管，这称为内双脉冲触发。 内双脉冲触发是目前应用最多的一种触发方式。
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图 2-16 KC41C原理图及其外部接线图 (a) 原理图； (b) 外部接线图
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图 2-17 KC04与KC41C组成的全控桥触发电路
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图 2-18 KC41C各输出点的波形
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触发脉冲与主电路电压的同步 在晶闸管装置中， 送到主电路各晶闸管的触发脉冲与其阳极电压之间保持正确的相位关系是一个非常重要的问题， 因为它直接关系到装置能否正常工作。 很明显， 触发脉冲必须在晶闸管阳极电压为正的区间内出现，晶闸管才能被触发导通。锯齿波同步触发电路产生触发脉冲的时刻由接到触发电路的同步电压uT定位，由控制电压UK、偏移电压UP的大小来产生移相。这就是说，必须根据被触发晶闸管的阳极电压相位正确供给触发电路特定相位的同步电压uT，以使触发电路在晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲。 这种正确选择同步电压相位以及得到不同相位的同步电压的方法，称为晶闸管装置的同步或定相。
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每个触发电路的同步电压uT与被触发晶闸管的阳极电压应该有什么样的相位关系呢？这取决于主电路形式、触发电路形式、 负载性质、 移相范围要求等几个方面。
例如，主电路为图2-19所示的三相半波可控整流电路，而触发电路采用图2-14所示的锯齿波同步触发电路，选用15脚输出的脉冲，即图2-15中uc15的波形，整流电路的移相范围要求180°。因为锯齿波底宽最高能达到240°，考虑到两端充放电时间的非线性，故取30°～210°作为控制角α=0°～180°的移相区间。
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图 2-19 主电压与同步电压的相位关系
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以a相晶闸管V1为例，α=0°时， 触发电路产生的触发脉冲应对准a相电压的自然换流点，即对准相电压ua的30°时刻。 而触发脉冲正好就在锯齿波的充电过程中即上升的直线段产生，因此， 锯齿波的起点正好是相电压ua的上升过零点，而uc15的脉冲是在同步电源uTa的负半周产生的，这样控制锯齿波电压的同步电压uTa应与晶闸管阳极电压ua相位上相差180°，就可获得与主电路a相电源同步的触发脉冲。同理，uTb与ub、uTc与uc也应在相位上互差180°。 三个触发电路的同步电压应选取为-ua、-ub和-uc。
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那么如何获得上述的同步电压呢？晶闸管装置通过同步变压器的不同连接方式再配合阻容移相，得到特定相位的同步电压。 三相同步变压器有24种接法，可得到12种不同相位的次级电压， 通常形象地用钟点数来表示各相的相位关系，这在电机拖动中讨论过。由于同步变压器次级电压要分别接至各触发电路，需要有公共接地端， 所以同步变压器次级绕组采用星形连接，即同步变压器只能有Y/Y、 △/Y两种形式的接法。 实现同步就是确定同步变压器的接法，具体步骤是： (1) 根据主电路形式、 触发电路形式与移相范围来确定同步电压uT与对应的晶闸管阳极电压之间的相位关系。
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(2) 根据整流变压器TR的实际连接或钟点数，以电网某线电压作参考矢量，画出整流变压器次级电压，也就是晶闸管阳极电压的矢量。再根据步骤(1)所确定的同步电压与晶闸管阳极电压的相位关系，画出同步相电压与同步线电压矢量。 (3) 根据同步变压器次级线电压矢量位置， 确定同步变压器的钟点数和连接法。 按照上述步骤实现同步时，为了简化步骤，只要先确定一只晶闸管触发电路的同步电压， 然后对比其它晶闸管阳极电压的相位顺序， 依序安排其余触发电路的同步电压即可。
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例2-1 三相全控桥式整流电路，整流变压器TR为△/Y-5接法。采用图2-14所示锯齿波同步触发电路。电路要求工作在整流与逆变状态。同步变压器TB次级电压 经阻容滤波后变为 再送至触发电路， 滞后uT 30°。试确定同步变压器TB的接线。 解（1） 要求电路工作在整流与逆变状态，表明移相范围为180°。因为锯齿波底宽接近240°，故取30°～210°作为α=0°～180°的移相区间，这样，锯齿波的30°处应对应阳极电压30°处, 即控制锯齿波电压的同步电压 应与阳极电压反相。对于晶闸管V1，其触发电路的同步电压 应滞后阳极电压ua 180°。因为加接了阻容滤波器， 故同步变压器次级电压uT应滞后阳极电压ua 150°。
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（2） 因为整流变压器TR为△/Y-5接法，故若以电网线电压 作参考矢量，则可做出图2-20所示的TR电压矢量图。 由于是采用△/Y-5接法， 因此整流变压器TR副边线电压 滞后原边线电压 ； 副边相电压 滞后副边线电压 。 根据（1）确定a相同步电压uTa应滞后a相晶闸管阳极电压150°可得出， 在整流变压器TR的电压矢量图上做出矢量, 它滞后 ，而与反相。因为同步变压器TB的次级只能是星形接法，故TB次级线电压 超前 ，也即 超前 ，将 画在图2-20中。
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图 2-20 整流变压器电压矢量图
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图2-21 同步变压器接线图
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习题及思考题 1. 三相半波可控整流电路电阻性负载，如在自然换流点之前加入窄触发脉冲， 会出现什么现象？画出ud的电压波形图。
2. 三相半波可控整流电路电阻性负载，如果V2管无触发脉冲，试画出α=30°和α=60°两种情况的ud波形，并画出α=30°时V1两端电压uV1的波形。
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3. 三相半波可控整流电路中， 能否将三只晶闸管的门极连在一起用一组触发电路每隔120°送出一个触发脉冲， 电路能否正常工作？
4. 三相半波可控整流电路大电感负载，画出α=90°时V1管两端电压的波形。 从波形上看晶闸管承受的最大正反向电压为多少？
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5. 图2-22所示三相半波可控整流电路，L足够大，试问α=90°时，负载平均电流Id约等于多少？
图 2-22 题5图
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6. 三相半波可控整流电路大电感负载， 已知整流变压器副边相电压U2φ=220 V，整流电路的总电阻R=10 Ω，试分别计算无续流二极管和有续流二极管两种情况下，当α=45°时输出电压的平均值Ud和负载电流平均值Id以及流过晶闸管和续流二极管的电流平均值与有效值， 并画出电压、 电流波形图。 7. 在三相桥式可控整流电路中， 为什么三相电压的六个交点就是六个桥臂主元件的自然换流点？并说明各交点所对应的换流元件。
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8. 理想的三相桥式可控整流电路， 电阻性负载， 当控制角α=30°时，回答下列问题：
（1） 各换流点分别为哪些元件换流？ （2） 各元件的触发脉冲相位及波形是怎样的？ （3） 各元件的导通角为多少？ （4） 同一相的两个元件的触发信号在相位上有何关系？ （5） 画出输出电压ud的波形及表达式。
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9. 三相全控桥式整流电路如图2-23所示，当α=60°时， 画出下列故障情况下的ud波形：
（1） 熔断器FU1熔断； （2） 熔断器FU2熔断； （3） 熔断器FU2、 FU3同时熔断。
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图 2-23 题9图
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10. 三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻Rd=4 Ω，要求ud在0～220 V之间变化。 试求：
（1） 不考虑控制角裕量时， 整流变压器的副边线电压； （2） 计算晶闸管电压和电流值， 如电压、 电流取2倍裕量， 选择晶闸管型号。
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