1.7 多脈沖變壓晶閘管橋式整流器

多脈沖變壓晶閘管橋式整流器多用于電流源型逆變器（CSI）傳動(dòng)系統(tǒng)。晶閘管橋式整流器為電流源型提供了可變的直流電，CSI將直流電變換為頻率可變的三相PWM交流電。多脈沖晶閘管橋式整流器的輸入功率因數(shù)隨著觸發(fā)延遲角而改變，是其主要缺點(diǎn)。

1.7.1 6脈沖晶閘管橋式整流器

6脈沖晶閘管橋式整流器即三相橋式可控整流電路，它由6個(gè)晶閘管組成，如圖1-31所示。其中，VT₁、VT₃、VT₅3個(gè)晶閘管的陰極連接在一起，稱為共陰極組；VT₄、VT₆、VT₂3個(gè)晶閘管的陽(yáng)極連接在一起，稱為共陽(yáng)極組。分析晶閘管的觸發(fā)延遲角α=0時(shí)的情況（見(jiàn)圖1-32）：對(duì)于共陰極組的3個(gè)晶閘管，陽(yáng)極所接交流電壓值最大的1個(gè)導(dǎo)通；對(duì)于共陽(yáng)極組的3個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最小的一只導(dǎo)通。任意時(shí)刻，共陽(yáng)極組和共陰極組中各有1個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)。

圖1-31 6脈沖晶閘管橋式整流器

圖1-32 6脈沖晶閘管橋式整流器帶電阻型負(fù)載α=0時(shí)的波形

從相電壓波形（見(jiàn)圖1-32a）可以看出，共陰極組晶閘管導(dǎo)通時(shí)，u_d1為相電壓的正包絡(luò)線；共陽(yáng)極組導(dǎo)通時(shí)，u_d2為相電壓的負(fù)包絡(luò)線；u_d=u_d1-u_d2，是兩者的差值，為線電壓在正半周的包絡(luò)線。

從線電壓波形（見(jiàn)圖1-32b）可以看出，u_d為線電壓中最大的一個(gè)，因此u_d波形為線電壓的包絡(luò)線。

6脈沖晶閘管橋式整流器帶電阻型負(fù)載α=0時(shí)晶閘管的工作情況見(jiàn)表1-4。

表1-4 6脈沖晶閘管橋式整流器帶電阻型負(fù)載α=0時(shí)晶閘管的工作情況

6脈沖晶閘管橋式整流器的特點(diǎn)如下：

1）兩只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1個(gè)，且不能為同一相器件。

2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT₁—VT₂—VT₃—VT₄—VT₅—VT₆順序，相位依次差60°，共陰極組VT₁、VT₃、VT₅的脈沖依次差120°，共陽(yáng)極組VT₂、VT₄、VT₆也依次差120°，同一相上下的兩個(gè)橋臂（即VT₁與VT₄、VT₃與VT₆、VT₅與VT₂）脈沖相差180°。

3）u_d一周期內(nèi)脈沖6次，每次脈沖的波形都一樣，因此該電路稱為6脈沖晶閘管橋式整流器。

4）保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)，另一種是常用的雙脈沖觸發(fā)。

α=30°時(shí)的工作情況與α=0°時(shí)的工作情況的區(qū)別在于，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30°，組成u_d的每一段線電壓因此推遲30°。從ωt₁開(kāi)始把一個(gè)周期等分為6段，u_d波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)仍符合表1-4的規(guī)律。

整流器的直流輸出平均電壓U_d在不同觸發(fā)延遲角下取值不同：α=45°時(shí)為正；α=90°時(shí)為零；α=135°時(shí)為負(fù)。當(dāng)α=180°時(shí)，直流輸出平均電壓U_d達(dá)到負(fù)的最大值。由于實(shí)際整流器網(wǎng)側(cè)電感L_s不為零，觸發(fā)延遲角α應(yīng)該小于180°，以防止晶閘管換相失敗。

當(dāng)整流器輸出直流電壓為正時(shí)，功率從電源流向負(fù)載。當(dāng)整流器輸出直流電壓為負(fù)時(shí)，整流器運(yùn)行在有源逆變模式下，功率從負(fù)載回饋到電源，這種情況通常發(fā)生在CSI傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行在回饋制動(dòng)過(guò)程時(shí)。在此過(guò)程中，逆變器將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)械負(fù)載的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能并通過(guò)整流器回饋到電源，以達(dá)到快速回饋制動(dòng)的目的。晶閘管整流器的雙向功率流動(dòng)能力，使得CSI傳動(dòng)系統(tǒng)具備了四象限運(yùn)行的能力。

帶負(fù)載的6脈沖晶閘管橋式整流器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖如圖1-33所示，圖中沒(méi)有畫(huà)出晶閘管的阻容（RC）吸收電路。

圖1-33 6脈沖晶閘管橋式整流器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖

6脈沖晶閘管橋式整流器輸入電流的總諧波失真隨著輸入電流的大小和觸發(fā)延遲角α的大小而變化，總諧波畸變率一般大于25%，典型電源阻抗下對(duì)應(yīng)的電壓失真約為10%，不能滿足IEEE 519—1992《電源系統(tǒng)諧波控制推薦規(guī)程和要求》和GB/T 14549—1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》中對(duì)諧波的限制要求，這在實(shí)際系統(tǒng)中，尤其是在大功率系統(tǒng)中是不可接受的。

6脈沖晶閘管橋式整流器輸入功率因數(shù)（PF）隨輸入電流的大小變化很小，而當(dāng)觸發(fā)延遲角α很大時(shí)，功率因數(shù)下降很多，實(shí)際上這是晶閘管整流器的主要缺點(diǎn)。

1.7.2 12脈沖晶閘管橋式整流器

12脈沖晶閘管橋式整流器如圖1-34所示，它由一個(gè)移相變壓器和兩個(gè)完全相同的6脈沖晶閘管橋式整流器組成。移相變壓器有兩個(gè)二次繞組，接線方式分別為星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)，二次繞組線電壓通常是一次繞組線電壓的一半。兩個(gè)整流電路的直流輸出串聯(lián)起來(lái)供給一個(gè)直流負(fù)載，為了消除網(wǎng)側(cè)電流i_a中的低次諧波，可令變壓器二次側(cè)星形聯(lián)結(jié)繞組的線電壓與變壓器一次繞組線電壓同相，變壓器二次側(cè)星形聯(lián)結(jié)繞組中的電流和變壓器二次側(cè)三角形聯(lián)結(jié)繞組中的電流波形形狀相同，只是相位上相差30°?？梢约傧雸D中直流中間電路的直流電感L_d足夠大，直流電流I_d沒(méi)有紋波。

12脈沖晶閘管橋式整流器的THD性能比6脈沖晶閘管橋式整流器好很多，然而它仍不能滿足IEEE 519—1992《電源系統(tǒng)諧波控制推薦規(guī)程和要求》和GB/T 14549—1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》中對(duì)諧波的限制要求。12脈沖晶閘管橋式整流器輸入功率因數(shù)（PF）受觸發(fā)延遲角α的影響很大。

圖1-34 12脈沖晶閘管橋式整流器

12脈沖晶閘管橋式整流器可作為CSI傳動(dòng)系統(tǒng)的整流前端。

圖1-35所示12脈沖晶閘管橋式整流器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖。

圖1-35 12脈沖晶閘管橋式整流器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖

1.7.3 18脈沖晶閘管橋式整流器

圖1-36所示為18脈沖晶閘管橋式整流器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖，它和18脈沖二極管橋式整流器相似，整流電路也采用3個(gè)二次繞組的移相變壓器，分別給3個(gè)相同的6脈沖晶閘管橋式整流器供電。只要移相變壓器任意兩個(gè)相鄰繞組都有20°的相移，18脈沖晶閘管橋式整流器就可以消除5次、7次、11次和13次諧波，使波形比較接近正弦波。然而，它仍不能滿足IEEE 519—1992《電源系統(tǒng)諧波控制推薦規(guī)程和要求》和GB/T 14549—1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》中對(duì)諧波的限制要求。18脈沖晶閘管橋式整流器輸入功率因數(shù)（PF）受觸發(fā)延遲角α的影響很大。

圖1-36 18脈沖晶閘管橋式整流器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖

1.7.4 24脈沖晶閘管橋式整流器

圖1-37所示為24脈沖晶閘管橋式整流器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖，它和24脈沖二極管橋式整流器相似，整流電路采用4個(gè)二次繞組的移相變壓器，分別給4個(gè)相同的6脈沖晶閘管橋式整流器供電。只要移相變壓器任意兩個(gè)相鄰繞組都有15°的相移，24脈沖晶閘管橋式整流器就可以消除5次、7次、11次、13次、17次和19次6個(gè)主要的諧波，24脈沖晶閘管橋式整流器線電流的THD非常低，滿足IEEE 519—1992《電源系統(tǒng)諧波控制推薦規(guī)程和要求》中對(duì)諧波的限制要求。24脈沖晶閘管橋式整流器輸入功率因數(shù)（PF）隨著觸發(fā)延遲角α而改變，這是其主要缺點(diǎn)。

圖1-37 24脈沖晶閘管橋式整流器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖