三相整流是使用固態(tài)二極管或晶閘管將平衡三相電源轉(zhuǎn)換為固定直流電源的過(guò)程

我們?cè)谇懊娴?a href="http://m.xsypw.cn/v/" target="_blank">教程中看到過(guò)程將AC輸入電源轉(zhuǎn)換為固定DC電源稱為整流，用于執(zhí)行該整流過(guò)程的最常用電路是基于固態(tài)半導(dǎo)體二極管的電路。事實(shí)上，交流電壓的整流是二極管最受歡迎的應(yīng)用之一，因?yàn)槎O管價(jià)格低廉，體積小且堅(jiān)固耐用，因此我們可以使用單獨(dú)連接的二極管或僅使用單個(gè)集成橋式整流器模塊來(lái)創(chuàng)建多種類型的整流器電路。 / p>

單相供電，例如房屋和辦公室中的單相供電通常為120 Vrms或240 Vrms相 - 中性，也稱為線對(duì)中性（LN），名義上是固定電壓和頻率，產(chǎn)生正弦波形式的交流電壓或電流的縮寫為“AC”。

三相整流，也稱為多相整流電路，類似于以前的單相整流器，這次的不同之處在于我們使用三個(gè)單相電源連接在一起，這些電源由單個(gè)三相發(fā)電機(jī)組成。

這里的優(yōu)點(diǎn)是三相整流電路可用于權(quán)力馬電機(jī)控制或電池充電等工業(yè)應(yīng)用需要比單相整流電路更高的功率要求。

三相電源通過(guò)將三個(gè)交流電壓組合在一起，將這一理念更進(jìn)一步相同的頻率和幅度與每個(gè)AC電壓被稱為“相位”。這三個(gè)相是彼此異相120電角度，產(chǎn)生相序，或相位旋轉(zhuǎn)：360 o ÷3 = 120 o ，如圖所示。 / p>

三相波形

這里的優(yōu)點(diǎn)是三相交流電（AC）電源可用于直接向平衡負(fù)載和整流器提供電力。由于三相電源具有固定的電壓和頻率，因此整流電路可以使用它來(lái)產(chǎn)生固定電壓的直流電，然后可以對(duì)其進(jìn)行濾波，從而與單相整流電路相比產(chǎn)生具有更小紋波的輸出直流電壓。

三相整流

看到三相電源只是三個(gè)單相組合在一起，我們就可以利用這種多相特性來(lái)制造三相整流器電路。

與單相整流一樣，三相整流使用二極管，晶閘管，晶體管或轉(zhuǎn)換器來(lái)產(chǎn)生半波，全波，不受控制和完全可控的整流電路，改變給定的三個(gè)電路。相位提供恒定的直流輸出電平。在大多數(shù)應(yīng)用中，如果連接負(fù)載需要不同的直流輸出電平，則直接從市電公用電網(wǎng)或三相變壓器提供三相整流器。

與以前的單相整流器一樣，最基本的三相整流電路是一個(gè)不受控制的半波整流電路，它使用三個(gè)半導(dǎo)體二極管，每相一個(gè)二極管，如圖所示。

半波三相整流

那么這個(gè)三相半波整流電路是如何工作的呢？每個(gè)二極管的陽(yáng)極連接到電壓源的一個(gè)相，所有三個(gè)二極管的陰極連接在一起到相同的正點(diǎn)，有效地產(chǎn)生二極管“或”型布置。該公共點(diǎn)成為負(fù)載的正（+）端子，而負(fù)載的負(fù)（ - ）端子連接到電源的中性點(diǎn)（N）。

假設(shè)紅黃相位旋轉(zhuǎn) - 藍(lán)色（V A -V B -V C ），紅色相（V A ）從0 0 。第一個(gè)導(dǎo)通的二極管是二極管1（D 1 ），因?yàn)樗年?yáng)極電壓比二極管D 2 或D 3 。因此，二極管D 1 導(dǎo)通V A 的正半周期，而D 2 和D 3 處于他們的反向偏見狀態(tài)。中性線提供負(fù)載電流返回電源的返回路徑。

120電氣度后，二極管2（D 2 ）開始導(dǎo)通正半周期V B （黃相）。現(xiàn)在它的陽(yáng)極變得比二極管D 1 和D 3 更正，它們都是“OFF”，因?yàn)樗鼈兪欠聪蚱玫摹ｎ愃频兀?20 o 后來(lái)V C （藍(lán)相）開始增加“導(dǎo)通”二極管3（D 3 ），因?yàn)槠潢?yáng)極變得更多正向，因此將“關(guān)閉”二極管D 1 和D 2 。

然后我們可以看到，對(duì)于三相整流，無(wú)論哪個(gè)二極管都有陽(yáng)極上的正電壓與其他兩個(gè)二極管相比會(huì)自動(dòng)開始導(dǎo)通，從而得到導(dǎo)電模式：D 1 D 2 D 3 如圖所示。

半波三相整流器導(dǎo)通波形

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從上述電阻負(fù)載波形可以看出，對(duì)于半波整流器，每個(gè)二極管在每個(gè)周期的三分之一時(shí)間內(nèi)通過(guò)電流，輸出波形是交流電源輸入頻率的三倍。因此，在給定的周期內(nèi)有三個(gè)電壓峰值，因此通過(guò)增加從單相電源到三相電源的相位數(shù)，可以改善電源的整流，即輸出直流電壓更平滑。

對(duì)于三相半波整流器，電源電壓V A V B 和V C 均衡但有相位差異為120 o 給出：

V A = V P * sin（ωt-0 o ）

V <子>乙 = V <子> P * SIN（ωT-120 0 ）

V C = V P * sin（ωt-240 o ）

因此，平均DC值為來(lái)自三相半波整流器的輸出電壓波形如下：

當(dāng)電壓供應(yīng)達(dá)到峰值時(shí)電壓，V P 等于V RMS * 1.414，因此V P 等于V P /1.414給出0.707 * V P ，因此整流器的平均直流輸出電壓可以用rms（均方根）相電壓表示：

三相整流示例No1

使用三個(gè)獨(dú)立二極管和120VAC三相星形連接構(gòu)建半波三相整流器變壓器。如果需要為阻抗為50Ω的連接負(fù)載供電，請(qǐng)計(jì)算a）輸出到負(fù)載的平均直流電壓。 b）負(fù)載電流，c）每個(gè)二極管的平均電流。假設(shè)理想二極管。

a）。平均直流負(fù)載電壓：

V DC = 1.17 * Vrms = 1.17 * 120 = 140.4伏

注意，如果我們得到峰值電壓（V p ），然后：

V DC 等于0.827 * Vp或0.827 * 169.68 = 140.4V。

b）。直流負(fù)載電流：

I L = V DC / R L = 140.4 / 50 = 2.81安培

C）。每個(gè)二極管的平均電流：

I D = I L /3=2.81/3=0.94安培

半波三相整流的一個(gè)缺點(diǎn)是它需要一個(gè)4線電源，即三相加中性（N）連接。如我們所見，平均DC輸出電壓在由0.827 * V P 表示的值處是低的。這是因?yàn)檩敵黾y波內(nèi)容是輸入頻率的三倍。但是我們可以通過(guò)在基本整流電路中增加三個(gè)二極管來(lái)改善這些缺點(diǎn)，從而形成三相全波非控制橋式整流器。

全波三相整流

全波三相非控制橋式整流電路使用六個(gè)二極管，每相兩個(gè)，與單相橋式整流器類似。通過(guò)使用兩個(gè)半波整流電路獲得三相全波整流器。這里的優(yōu)點(diǎn)是電路產(chǎn)生的紋波輸出比前一個(gè)半波三相整流器低，因?yàn)樗念l率是輸入交流波形的六倍。

此外，全波整流器可以由平衡的3相3線三角形連接電源供電，因?yàn)椴恍枰谒母行跃€（N）。考慮下面的全波三相整流電路。

全波三相整流

如前所述，假設(shè)紅 - 黃 - 藍(lán)（V A -V B -V C ）的相位旋轉(zhuǎn)和紅色相（V A ）從0 o 開始。如圖所示，每相連接在一對(duì)二極管之間。導(dǎo)體對(duì)的一個(gè)二極管為負(fù)載的正（+）側(cè)供電，而另一個(gè)二極管為負(fù)載的負(fù)（ - ）側(cè)供電。

二極管D 1 D D 2 且D 4 在相位 A 和 B 之間形成橋式整流器網(wǎng)絡(luò)，類似地，二極管D 3 D 5 D 4 和D 6 之間的相位 B 和 C 和D 5 D 1 D 6 和D 2 階段 C 和 A 。

因此二極管D 1 D 3 且D 5 饋送正軌并取決于哪一個(gè)在其陽(yáng)極端子導(dǎo)線處具有更正的電壓。同樣地，二極管D 2 D 4 和D 6 饋送負(fù)軌，無(wú)論哪個(gè)二極管在其陰極端子導(dǎo)管處具有更多的負(fù)電壓。 / p>

然后我們可以看到，對(duì)于三相整流，二極管以匹配對(duì)的方式導(dǎo)通，給出負(fù)載電流的導(dǎo)通模式：D 1-2 D 1- 6 D 3-6 D 3-6 D 3-4 D 5-4 D 5-2 和D 1-2 如圖所示。

全波三相整流器導(dǎo)通波形

在三相電源整流器中，導(dǎo)通總是發(fā)生在最正的二極管和相應(yīng)的最負(fù)二極管中。因此，當(dāng)三相在整流器端子上旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳導(dǎo)從二極管傳遞到二極管。然后每個(gè)二極管在每個(gè)供電周期中導(dǎo)通120 o （三分之一）但由于需要兩個(gè)二極管成對(duì)導(dǎo)通，每對(duì)二極管僅導(dǎo)通60 o

因此我們可以正確地說(shuō)，對(duì)于由“3”變壓器次級(jí)饋電的三相整流器，每相將被分開通過(guò)360 o / 3因此需要2 * 3個(gè)二極管。另請(qǐng)注意，與前一個(gè)半波整流器不同，整流器輸入和輸出端子之間沒有共同的連接。因此，它可以通過(guò)星形連接或三角形連接的變壓器電源供電。

因此，來(lái)自三相全波整流器的輸出電壓波形的平均DC值如下：

其中：V S 等于（V L（PEAK）÷√ 3 ）其中V L（PEAK）是最大線間電壓（V L * 1.414）。

三相整流示例No2

需要三相全波橋式整流器從三相127伏，60Hz三角形連接電源饋送150Ω電阻負(fù)載。忽略二極管兩端的電壓降，計(jì)算：1。整流器的直流輸出電壓和2.負(fù)載電流。

1。直流輸出電壓：

RMS（均方根）線電壓為127伏。因此，線間峰值電壓（V LL（PEAK））將為：

由于電源為3相，任何相的相電壓（V PN ）將為：

請(qǐng)注意，這與說(shuō)法基本相同：

因此，三相全波整流器的平均直流輸出電壓如下：

同樣，我們可以通過(guò)正確地說(shuō)出對(duì)于給定的線到線RMS電壓值來(lái)減少數(shù)學(xué)，在我們的例如127伏，平均直流輸出電壓是：

2。整流器的負(fù)載電流。

整流器的輸出為150Ω電阻負(fù)載供電。然后使用歐姆定律，負(fù)載電流將為：

不受控制的三相整流使用二極管來(lái)提供平均值相對(duì)于輸入AC電壓值的固定值的輸出電壓。但是為了改變整流器的輸出電壓，我們需要用晶閘管替換不受控制的二極管（部分或全部），以創(chuàng)建所謂的半控制或全控橋式整流器。

晶閘管是當(dāng)三極端子半導(dǎo)體器件的陽(yáng)極 - 陰極端子電壓為正時(shí)，當(dāng)適當(dāng)?shù)挠|發(fā)脈沖施加到晶閘管柵極端子時(shí)，器件將導(dǎo)通并傳遞負(fù)載電流。因此，通過(guò)延遲觸發(fā)脈沖的定時(shí)（觸發(fā)角），我們可以延遲晶閘管在正常二極管自然切換到“接通”的瞬間，以及在施加觸發(fā)脈沖時(shí)它開始導(dǎo)通的瞬間。

因此，通過(guò)使用晶閘管代替二極管的受控三相整流，我們可以通過(guò)控制晶閘管對(duì)的觸發(fā)角來(lái)控制平均直流輸出電壓的值，從而整流后的輸出電壓變?yōu)橛|發(fā)角的函數(shù)，α。

因此，上面用于三相橋式整流器平均輸出電壓的公式的唯一差別在于余弦角，點(diǎn)火或觸發(fā)脈沖的 cos（α）。因此，如果觸發(fā)角為零，（cos（0）= 1），則可控整流器的工作方式類似于之前的3相非控制二極管整流器，平均輸出電壓相同。

下面給出了一個(gè)完全控制的三相橋式整流器：

完全控制的三相橋式整流器

三相整流概述

我們?cè)诒窘坛讨幸呀?jīng)看到，三相整流是將三相交流電源轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電壓的過(guò)程，因?yàn)檎鬓D(zhuǎn)換為正弦電壓的輸入電源并將頻率轉(zhuǎn)換為固定電壓的直流電。因此，電源整流將交流電源變?yōu)閱蜗螂娫础?/p>

但我們也看到，每相使用一個(gè)二極管的三相半波非控制整流器需要星形連接電源作為第四個(gè)中性點(diǎn)（N）導(dǎo)線從負(fù)載到源極閉合電路。每相使用兩個(gè)二極管的三相全波橋式整流器只需要三根電源線，沒有中性線，例如由三角形連接電源提供的線路。

全波橋式整流器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)榕c半波配置相比，負(fù)載電流在整個(gè)電橋上得到很好的平衡，從而提高了效率（輸出直流功率與輸入功率之比），并降低了幅度和頻率的紋波含量。

通過(guò)增加橋配置中的相位和二極管的數(shù)量，可以獲得更高的平均DC輸出電壓，并且具有更小的紋波幅度，例如，在6相整流中，每個(gè)二極管僅導(dǎo)通六分之一周期。此外，多相整流器產(chǎn)生更高的紋波頻率意味著更少的電容濾波和更平滑的輸出電壓。因此，可以設(shè)計(jì)6,12,15甚至24相不受控制的整流器，以改善各種應(yīng)用的紋波系數(shù)。