1.电阻负载

（1）工作原理

三相半波可控整流电路如图5-46a所示。为得到中性线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波电流流入电网。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，它们的阴极连接在一起，称为共阴极接法，这种接法触发电路有公共端，连线方便。

假设将电路中的晶闸管换作二极管，并用VD表示，该电路就成为三相半波不可控整流电路，下面分析其工作情况。此时，三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反向电压关断，输出整流电压即为该相的相电压，其波形如图5-46d所示。在一个周期中，器件工作情况如下：在ωt₁～ωt₂期间，α相电压最高，VD₁导通，u_d=u_a；在ωt₂～ωt₃期间，b相电压最高，VD₂导通，u_d=u_b；在ωt₃～ωt₄期间，c相电压最高，VD₃导通，u_d=u_c。此后，在下一个周期相当于ωt₁的位置即ωt₄时刻，VD₁又导通，重复前一周期的工作情况。如此，一个周期中VD₁、VD₂、VD₃轮流导通，每管各导通120°。u_d波形为三个相电压在正半周期的包络线。

在相电压的交点ωt₁、ωt₂、ωt₃处，均出现了二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移，称这些交点为自然换相点。对三相半波可控整流电路而言，自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发延迟角α的起点，即α=0°。要改变触发延迟角，只能是在此基础上增大，即沿时间坐标轴向右移。若在自然换相点处触发相应的晶闸管导通，则电路的工作情况与以上分析的二极管整流工作情况一样。由单相可控整流电路可知，各种单相可控整流电路的自然换相点是变压器二次电压u₂的过零点。

图5-46 三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及α=0°时的波形

当α=0°时，变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT₁的电流波形如图5-46e所示，另两相电流波形形状相同，相位依次滞后120°，可见变压器二次绕组电流有直流分量。

图5-46f是VT₁两端的电压波形，由3段组成：第1段，VT₁导通期间，为一管压降，可近似为u_VT1=0；第2段，在VT₁关断后，VT₂导通期间，u_VT1=u_a-u_b=u_ab，为一段线电压；第3段，在VT₃导通期间，u_VT1=u_a-u_c=u_ac为另一段线电压，即晶闸管电压由一段管压降和两段线电压组成。由图可见，当α=0°时，晶闸管承受的两段线电压均为负值，随着α增大，晶闸管承受的电压中正的部分逐渐增多。其他两管上的电压波形形状相同，相位依次差120°。

增大α值，将脉冲后移，整流电路的工作情况相应地发生变化。

图5-47a是α=30°时的波形。从输出电压、电流的波形可看出，这时负载电流处于连续和断续的临界状态，各相相位依次差120°。

如果α＞30°，如α=60°时，整流电压的波形如图5-47b所示，当导通一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断。此时下一相晶闸管虽承受正电压，但它的触发脉冲还未到，不会导通，因此输出电压电流均为零，直到触发脉冲出现为止。在这种情况下，负载电流断续，各晶闸管导通角为90°，小于120°。

若α继续增大，整流电压将越来越小，当α=150°时，整流输出电压为零。故电阻负载时，α的移相范围为0°～150°。

（2）负载电压

整流电压平均值的计算分两种情况：

1）当α≤30°时，负载电流连续，有

图5-47 三相半波可控整流电路，电阻负载

当α=0°时，U_d最大，有

U_d=U_d0=1.17U₂

2）当α>30°时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有

U_d/U₂随α变化的规律如图5-48中的曲线1所示。

负载电流平均值为

晶闸管承受的最大反向电压，由图5-46e不难看出为变压器二次线电压峰值，即

由于晶闸管阴极与零线间的电压即为整流输出电压u_d，其最小值为零，而晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即

图5-48 三相半波可控整流电路U_d/U₂与α的关系(www.daowen.com)

1—电阻负载 2—电感负载 3—电阻电感负载

图5-49 三相半波可控整流电路，感性负载时的电路及α=60°时的波形

2.感性负载

如果负载为感性负载，且L值很大，则如图5-49所示，整流电流i_d的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。

当α≤30°时，整流电压波形与电阻负载时相同，因为在两种负载情况下，负载电流均连续。

当α＞30°时，如α=60°时，其波形如图5-49所示。当u₂过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT₁继续导通，直到下一相晶闸管VT₂的触发脉冲到来，才发生换流，由VT₂导通向负载供电，同时向VT₁施加反向电压使其关断。在这种情况下，u_d波形中出现负的部分，若α增大，u_d波形中负的部分将增多，至α=90°时，u_d波形中正负面积相等，u_d的平均值为零。可见阻感负载时α的移相范围为0°～90°。

由于负载电流连续，可求出U_d，即

可以采用与分析三相半波可控整流电路时类似的方法，假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发延迟角α=0°时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路工作波形如图5-51所示。

当α=0°时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析u_d的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。

从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压u_d1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压u_d2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压u_d=u_d1-u_d2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。

直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是最大（正得最多）的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，输出整流电压u_d为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压u_d波形为线电压在正半周的包络线。

为了说明各晶闸管的工作的情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为60°，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况见表5-1。由该表可知，6个晶闸管的导通顺序为VT₁—VT₂—VT₃—VT₄—VT₅—VT₆。

表5-1 三相桥式全控整流电路触发延迟角α=0°时晶闸管工作情况

从触发延迟角α=0°时的情况可以总结出三相桥式全控整流电路的一些特点。

1）每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中1个晶闸管是共阴极组的，1个是共阳极组的，且不能为1相的晶闸管。

2）对触发脉冲要求：6个晶闸管的脉冲按VT₁—VT₂—VT₃—VT₄—VT₅—VT₆的顺序，相位依次差60°；共阴极组VT₁、VT₃、VT₅的脉冲依次差120°，共阳极组VT₄、VT₆、VT₂也依次差120°；同一相的上下两个桥臂，即VT₁与VT₄、VT₃与VT₆、VT₅与VT₂，脉冲相差180°。

3）整流输出电压u_d一个周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。

图5-51 三相桥式全控整流电路图

4）在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有触发脉冲。为此，可采用两种方法：一是使脉冲宽度大于60°（一般取80°～100°），称为宽脉冲触发；另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给序号前的一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60°，脉宽一般为20°～30°，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压器饱和，需将铁心体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡，对于晶闸管串联使用不利。虽可用去磁绕组改善这种情况，但又会使触发电路复杂化。因此，常用的是双脉冲触发。

5）当α=0°时晶闸管承受的电压波形如图5-51a所示。图中仅给出VT₁的电压波形。将此波形与三相半波中的VT₁电压波形比较，可见两者是相同的，晶闸管承受最大正向、反向电压的关系也与三相半波时一样。

图5-51a中还给出了晶闸管VT₁流过电流i_VT的波形，由此波形可以看出，晶闸管一个周期中有120°处于通态，240°处于断态，由于负载为电阻，故晶闸管处于通态时的电流波形与相应时段的u_d波形相同。

当触发延迟角α改变时，电路的工作情况将发生变化。图5-51b给出了α= 30°时的波形。从ωt₁角开始把一个周期等分为6段，每段为60°与α=0°时的情况相比，一个周期中u_d波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表5-1的规律。区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了30°，组成u_d的每一段线电压又因此推迟30°，u_d平均值降低，晶闸管电压波形也相应发生了变化。图中同时给出了变压器二次侧a相电流i_a的波形。该波形的特点是，在VT₁处于通态的120°期间，i_a为正。i_a波形的形状与同时段的u_d波形相同。在VT₄处于通态的120°期间，i_a波形的形状也与同时段的u_d波形相同，但为负值。

图5-51c给出了α=60°时的波形，电路工作情况仍可对照表5-1分析。u_d波形中每段线电压的波形继续向后移，u_d平均值继续降低。当α=60°时u_d出现了为零的点。

由以上分析可见，当α≤60°时，u_d波形均连续，对于电阻负载，i_d波形与u_d波形的形状是一样的，也连续。

当α＞60°时，如α=90°时，电阻负载情况下的工作波形如图5-51d所示。此时u_d波形每60°中有30°为零，这是因为电阻负载时i_d波形与u_d波形一致，一旦u_d降至零，i_d也降至零，流过晶闸管的电流即降至零，晶闸管关断，输出整流电压u_d为零，因此u_d波形不能出现负值。图5-51d中还给出了晶闸管电流和变压器二次电流的波形。

如果继续增大至120°，则整流输出电压u_d波形将全为零，其平均值也为零，可见带电阻负载时三相桥式全控整流电路α的移相范围是0°～120°。