三相整流导通波形案例及概述

三相整流是使用固态二极管或晶闸管将平衡三相电源转换为固定直流电源的过程

我们在前面的教程中看到过程将AC输入电源转换为固定DC电源称为整流，用于执行该整流过程的最常用电路是基于固态半导体二极管的电路。事实上，交流电压的整流是二极管最受欢迎的应用之一，因为二极管价格低廉，体积小且坚固耐用，因此我们可以使用单独连接的二极管或仅使用单个集成桥式整流器模块来创建多种类型的整流器电路。 / p>

单相供电，例如房屋和办公室中的单相供电通常为120 Vrms或240 Vrms相 - 中性，也称为线对中性（LN），名义上是固定电压和频率，产生正弦波形式的交流电压或电流的缩写为“AC”。

三相整流，也称为多相整流电路，类似于以前的单相整流器，这次的不同之处在于我们使用三个单相电源连接在一起，这些电源由单个三相发电机组成。

这里的优点是三相整流电路可用于权力马电机控制或电池充电等工业应用需要比单相整流电路更高的功率要求。

三相电源通过将三个交流电压组合在一起，将这一理念更进一步相同的频率和幅度与每个AC电压被称为“相位”。这三个相是彼此异相120电角度，产生相序，或相位旋转：360 o ÷3 = 120 o ，如图所示。 / p>

三相波形

这里的优点是三相交流电（AC）电源可用于直接向平衡负载和整流器提供电力。由于三相电源具有固定的电压和频率，因此整流电路可以使用它来产生固定电压的直流电，然后可以对其进行滤波，从而与单相整流电路相比产生具有更小纹波的输出直流电压。

三相整流

看到三相电源只是三个单相组合在一起，我们就可以利用这种多相特性来制造三相整流器电路。

与单相整流一样，三相整流使用二极管，晶闸管，晶体管或转换器来产生半波，全波，不受控制和完全可控的整流电路，改变给定的三个电路。相位提供恒定的直流输出电平。在大多数应用中，如果连接负载需要不同的直流输出电平，则直接从市电公用电网或三相变压器提供三相整流器。

与以前的单相整流器一样，最基本的三相整流电路是一个不受控制的半波整流电路，它使用三个半导体二极管，每相一个二极管，如图所示。

半波三相整流

那么这个三相半波整流电路是如何工作的呢？每个二极管的阳极连接到电压源的一个相，所有三个二极管的阴极连接在一起到相同的正点，有效地产生二极管“或”型布置。该公共点成为负载的正（+）端子，而负载的负（ - ）端子连接到电源的中性点（N）。

假设红黄相位旋转 - 蓝色（V A -V B -V C ），红色相（V A ）从0 0 。第一个导通的二极管是二极管1（D 1 ），因为它的阳极电压比二极管D 2 或D 3 。因此，二极管D 1 导通V A 的正半周期，而D 2 和D 3 处于他们的反向偏见状态。中性线提供负载电流返回电源的返回路径。

120电气度后，二极管2（D 2 ）开始导通正半周期V B （黄相）。现在它的阳极变得比二极管D 1 和D 3 更正，它们都是“OFF”，因为它们是反向偏置的。类似地，120 o 后来V C （蓝相）开始增加“导通”二极管3（D 3 ），因为其阳极变得更多正向，因此将“关闭”二极管D 1 和D 2 。

然后我们可以看到，对于三相整流，无论哪个二极管都有阳极上的正电压与其他两个二极管相比会自动开始导通，从而得到导电模式：D 1 D 2 D 3 如图所示。

半波三相整流器导通波形

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从上述电阻负载波形可以看出，对于半波整流器，每个二极管在每个周期的三分之一时间内通过电流，输出波形是交流电源输入频率的三倍。因此，在给定的周期内有三个电压峰值，因此通过增加从单相电源到三相电源的相位数，可以改善电源的整流，即输出直流电压更平滑。

对于三相半波整流器，电源电压V A V B 和V C 均衡但有相位差异为120 o 给出：

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值为来自三相半波整流器的输出电压波形如下：

当电压供应达到峰值时电压，V P 等于V RMS * 1.414，因此V P 等于V P /1.414给出0.707 * V P ，因此整流器的平均直流输出电压可以用rms（均方根）相电压表示：

三相整流示例No1

使用三个独立二极管和120VAC三相星形连接构建半波三相整流器变压器。如果需要为阻抗为50Ω的连接负载供电，请计算a）输出到负载的平均直流电压。 b）负载电流，c）每个二极管的平均电流。假设理想二极管。

a）。平均直流负载电压：

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

注意，如果我们得到峰值电压（V p ），然后：

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

b）。直流负载电流：

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

C）。每个二极管的平均电流：

I D = I L /3=2.81/3=0.94安培

半波三相整流的一个缺点是它需要一个4线电源，即三相加中性（N）连接。如我们所见，平均DC输出电压在由0.827 * V P 表示的值处是低的。这是因为输出纹波内容是输入频率的三倍。但是我们可以通过在基本整流电路中增加三个二极管来改善这些缺点，从而形成三相全波非控制桥式整流器。

全波三相整流

全波三相非控制桥式整流电路使用六个二极管，每相两个，与单相桥式整流器类似。通过使用两个半波整流电路获得三相全波整流器。这里的优点是电路产生的纹波输出比前一个半波三相整流器低，因为它的频率是输入交流波形的六倍。

此外，全波整流器可以由平衡的3相3线三角形连接电源供电，因为不需要第四根中性线（N）。考虑下面的全波三相整流电路。

全波三相整流

如前所述，假设红 - 黄 - 蓝（V A -V B -V C ）的相位旋转和红色相（V A ）从0 o 开始。如图所示，每相连接在一对二极管之间。导体对的一个二极管为负载的正（+）侧供电，而另一个二极管为负载的负（ - ）侧供电。

二极管D 1 D D 2 且D 4 在相位 A 和 B 之间形成桥式整流器网络，类似地，二极管D 3 D 5 D 4 和D 6 之间的相位 B 和 C 和D 5 D 1 D 6 和D 2 阶段 C 和 A 。

因此二极管D 1 D 3 且D 5 馈送正轨并取决于哪一个在其阳极端子导线处具有更正的电压。同样地，二极管D 2 D 4 和D 6 馈送负轨，无论哪个二极管在其阴极端子导管处具有更多的负电压。 / p>

然后我们可以看到，对于三相整流，二极管以匹配对的方式导通，给出负载电流的导通模式：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 如图所示。

全波三相整流器导通波形

在三相电源整流器中，导通总是发生在最正的二极管和相应的最负二极管中。因此，当三相在整流器端子上旋转时，传导从二极管传递到二极管。然后每个二极管在每个供电周期中导通120 o （三分之一）但由于需要两个二极管成对导通，每对二极管仅导通60 o

因此我们可以正确地说，对于由“3”变压器次级馈电的三相整流器，每相将被分开通过360 o / 3因此需要2 * 3个二极管。另请注意，与前一个半波整流器不同，整流器输入和输出端子之间没有共同的连接。因此，它可以通过星形连接或三角形连接的变压器电源供电。

因此，来自三相全波整流器的输出电压波形的平均DC值如下：

其中：V S 等于（V L（PEAK）÷√ 3 ）其中V L（PEAK）是最大线间电压（V L * 1.414）。

三相整流示例No2

需要三相全波桥式整流器从三相127伏，60Hz三角形连接电源馈送150Ω电阻负载。忽略二极管两端的电压降，计算：1。整流器的直流输出电压和2.负载电流。

1。直流输出电压：

RMS（均方根）线电压为127伏。因此，线间峰值电压（V LL（PEAK））将为：

由于电源为3相，任何相的相电压（V PN ）将为：

请注意，这与说法基本相同：

因此，三相全波整流器的平均直流输出电压如下：

同样，我们可以通过正确地说出对于给定的线到线RMS电压值来减少数学，在我们的例如127伏，平均直流输出电压是：

2。整流器的负载电流。

整流器的输出为150Ω电阻负载供电。然后使用欧姆定律，负载电流将为：

不受控制的三相整流使用二极管来提供平均值相对于输入AC电压值的固定值的输出电压。但是为了改变整流器的输出电压，我们需要用晶闸管替换不受控制的二极管（部分或全部），以创建所谓的半控制或全控桥式整流器。

晶闸管是当三极端子半导体器件的阳极 - 阴极端子电压为正时，当适当的触发脉冲施加到晶闸管栅极端子时，器件将导通并传递负载电流。因此，通过延迟触发脉冲的定时（触发角），我们可以延迟晶闸管在正常二极管自然切换到“接通”的瞬间，以及在施加触发脉冲时它开始导通的瞬间。

因此，通过使用晶闸管代替二极管的受控三相整流，我们可以通过控制晶闸管对的触发角来控制平均直流输出电压的值，从而整流后的输出电压变为触发角的函数，α。

因此，上面用于三相桥式整流器平均输出电压的公式的唯一差别在于余弦角，点火或触发脉冲的 cos（α）。因此，如果触发角为零，（cos（0）= 1），则可控整流器的工作方式类似于之前的3相非控制二极管整流器，平均输出电压相同。

下面给出了一个完全控制的三相桥式整流器：

完全控制的三相桥式整流器

三相整流概述

我们在本教程中已经看到，三相整流是将三相交流电源转换为脉动直流电压的过程，因为整流转换为正弦电压的输入电源并将频率转换为固定电压的直流电。因此，电源整流将交流电源变为单向电源。

但我们也看到，每相使用一个二极管的三相半波非控制整流器需要星形连接电源作为第四个中性点（N）导线从负载到源极闭合电路。每相使用两个二极管的三相全波桥式整流器只需要三根电源线，没有中性线，例如由三角形连接电源提供的线路。

全波桥式整流器的另一个优点是因为与半波配置相比，负载电流在整个电桥上得到很好的平衡，从而提高了效率（输出直流功率与输入功率之比），并降低了幅度和频率的纹波含量。

通过增加桥配置中的相位和二极管的数量，可以获得更高的平均DC输出电压，并且具有更小的纹波幅度，例如，在6相整流中，每个二极管仅导通六分之一周期。此外，多相整流器产生更高的纹波频率意味着更少的电容滤波和更平滑的输出电压。因此，可以设计6,12,15甚至24相不受控制的整流器，以改善各种应用的纹波系数。