三相桥式全控整流电路
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2023年2月22日发(作者：烯酸)三相桥式全控整流电路的设计
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目录
第1章绪论........................................................................................1
1.1设计目的..................................................................................1
1.2设计意义..................................................................................1
第2章设计总体思路.......................................................................3
2.1设计思路..................................................................................3
2.2基本原理.................................................................................4
2.3基本框图.................................................................................5
第3章单元电路设计.....................................................................6
3.1主电路......................................................................................6
3.2触发电路.................................................................................8
3.3保护电路...............................................................................11
第4章电路分析与仿真.................................................................14
4.1带电阻负载电路分析与仿真..............................................15
4.2带阻感负载电路分析与仿真............................................17
总结................................................................................................16
附录一
总电路图.......................................................................................17
三相桥式全控整流电路的设计
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第1章绪论
1.1设计目的
1、通过对三相桥式电路的设计,掌握整流电路的工作原理,提高我
们的运用科学理论知识能力、工程实践能力
2、通过系统建模和仿真，掌握和运用MATLAB/SIMULINK工具
分析系统的基本方法。
1.2设计意义
电力电子技术无论对改造传统工业（电力、机械、矿冶、交通、
化工、轻纺等），还是对新建高技术产业（航天、激光、通信、机器
人等）和高效利用能源均至关重要。我国目前仍旧是一个发展中的
国家，尚处于前工业化阶段，传统产业仍然是我国国民经济的主力
军，因此在近期或在较长一段时期内，传统产业的改造和发展将在
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很大程度上决定着我国经济的发展。而电力、机械、冶金、石油、
化工、交通运输是传统产业的重要支柱，这些产业技术水平的高低
直接关系到我国工业基础的强弱。毫无疑问，电力电子技术是提高
这些产业技术水平的重要手段，它是对我国传统产业实现技术改造、
建立自动化工业体系的关键应用技术。下面就电力电子技术在国民
经济各部门的应用进行简要讨论。
概括起来说，电力电子技术主要应用于电机调速传动、工业供电电
源、电力输配电和照明四大方面。自20世纪50年代末开始，电力
电子技术在应用需求的推动下迅速发展成一门崭新的技术。可以预
见，在21世纪，电力电子技术在现代化社会的建设中的应用将起着
重要作用并得到飞跃性的发展。
中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足，直流电
是一种能够储备的能源，它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运
输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、
空调等家用电器与其他领域中也有着广泛应用。
晶闸管在整流电路中充当一个非常重要的角色，本次设计采用
的主要器件就是晶闸管。
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第二章设计总体思路
2.1设计思路
三相桥式全控整流电路的功能是将三相交流电能变为直流电能
供给直流用电设备。
三相桥式全控整流电路可分为三部分电路模块：主电路模块，
三相桥式全控整流电路的设计
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触发电路模块，保护电路模块。
主电路模块，主要由三组两串联晶闸管并联而成。
触发电路模块组成为，3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，
可形成流露双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大。
保护电路模块有过电流保护，过电压保护。
2.2基本原理
一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共
阴极和共阳极。一般1、3、5为共阴极，2、4、6为共阳极。
（1）两管同时形成供电回路，其中共阴极和共阳极组各一组，
且不能为同一组器件。
（2）对脉冲的要求：
1）按
64321
VT-VT-VT-VT-VT-VT
5
的顺序，相位依次差60°。
2）共阴极组
1
VT、
3
VT、
5
VT
的脉冲依次差120°，共阳极组
4
VT、
6
VT、
2
VT也依次差120°
3）同一相的上下两个桥臂，即
1
VT与
4
VT、
3
VT与
6
VT、
5
VT
与
2
VT，
脉冲相差180°
（3）
d
U一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为
6脉波整流电路。
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（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉动，可采取两种方法：
一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发（常用）。
（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最
大正、反向电压的
2.3基本框图
图2-1
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第三章单元电路设计
3.1主电路
1、三相桥式全控整流主电路运用的开关器件为晶闸管。晶闸管
为半控型器件，其主要控制方式为相控方式，并通过门极控制来使
其导通或关断。图3-1为在阻感负载下三相桥式全控整流主电路图。
图3-1
2、晶闸管的选择
（1）晶闸管额定电压的选择
在整流装置中晶闸管额定参数的选择，注意根据晶闸管整流装
置的工作条件，并适当考虑一定的安全余量。
晶闸管的额定电压是指断态重复峰值电压
DSR
U和反向重复峰值
电压
RRM
U中较小的值。因为晶闸管在不同电路中所承受的峰值电压
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TM
U，考虑电源电压的波动与过电压保护等因素，选用时，额定电
压应为事迹所承受的峰值电压UTM的2～3倍。即：
TN
U=(2～3)
TM
U
式中
TN
U——晶闸管额定电压，V；
TM
U——晶闸管实际所承受的峰值电压，V。
（2）晶闸管额定电流的选择
晶闸管的额定电流是按电流的平均值标定的，它是通态平均电流
AVT
I
的1.57倍。即
AVTTN
1.57II
使用时，要求而定电流大于实际
流过晶闸管电流的最大有效值
T
I,即
ddddTfTTAVT
IKIII1.57KII
式中k——计算系数，
ddTfT
1.57IIKK；
fT
K——电流波形系数，
df
KII
TT
；
d
I——负载评价电流；
dT
I——流过晶闸管的平均电流。
由于晶闸管的过载能力差，因而选用晶闸管
AVT
I的值应是实际
流过晶闸管电流的最大有效值
T
I的1.5～2倍。即：
AVT
I=（1.5～
2）
T
I
由上式可知，若已知
d
I的值则可确定
AVT
I的值；反之，若已知
AVT
I的值，亦可确定
d
I的值。
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晶闸管电流的有效值
2
I=0.577
d
I
晶闸管的额定电流
AVVT
I
）=0.368
d
I
3.2触发电路
触发脉冲的宽度应保证晶闸管开关可靠导通（门极电流应大于
擎柱电流），触发脉冲应有足够的幅度，不超过门极电压、电流和功
率，且在可靠出发区域之内，应有良好的抗干扰性能、温度稳定性
与主电路的电器隔离。
晶闸管可控整流电路，通过控制触发角α的大小即控制触发脉冲
起始相位来控制输出电压大小。为保证相控电路正常工作，很重要
的是应保证按触发角α的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加
有效的触发脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。大、中功
率的交流器广泛应用的是晶闸管触发电路，其中以同步信号为锯齿
波的触发电路应用最多。可靠性高，技术性能好，体积小，功率低，
调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普与，已逐步取代分立
式电路。此外就是采用集成触发产生触发脉冲。KJ004组成分为同
步、锯齿波形成、移相、脉冲分选与脉冲放大几个环节。
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1、触发电路图
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89
710
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512
413
314
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KJ
0
0
4
8
9
7
1
0
6
1
1
5
1
2
4
1
3
3
1
4
2
1
5
1
1
6
KJ041
C4
RP1
R16
R7
R13
R1R4
R10
R19
C7
C1
RP4
89
710
611
512
413
314
215
116
KJ
0
0
4
C5
RP2
R17
R8
R14
R2R5
R11
R20
C8
C1
RP5
89
710
611
512
413
314
215
116
KJ
0
0
4
C6
RP6
R18
R9
R15
R3R6
R12
R21
C9
C3
RP3
uco
up
-15
+15
usbuscusa
VT1VT2VT3VT4VT5VT6
图3-2
2、KJ004可控硅移相电路
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KJ004可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装
置中,作可控硅的双路脉冲移相触发。KJ004KJ004器件输出两路相
差180度的移相脉冲,可以方便地构成全控桥式触发器线路。
KJ004KJ004电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉
冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低,有脉冲列调制输
出端等功能与特点。
3、KJ041可控硅移相触发器
KJ041六路双脉冲形成器是三相全控桥式触发线路中必备的电
路,具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。KJ041电路是脉冲逻
辑电路。当把移相触发器的触发脉冲输入到KJ041电器的1～6端
时,由输入二极管完成“或”功能,形成双脉冲,再由T1～T6电流放大
分六路输出。T7是电子开关,当控制7端接逻辑“0’’电平时T7截
止,各路输出触发脉冲。当控制7端接逻辑“1”电子(+15V)时T7
导通,各路无输出触发脉冲。
3.3保护电路
我们不可能从根本上消除生产过程中过电压的根源，只能设法
将过电压的幅值抑制到安全限度之内，这是过电压保护的基本思想。
抑制过电压的方法不外乎三种：用非线性元件限制过电压的幅度，
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用电阻消耗生产过电压的能力，用储能元件吸收生产过电压的能量。
对于非线性元件，不是额定电压小，使用麻烦，就是不宜用于
抑制频繁出现过电压的场合。所以我们选用储能元件吸收生产过电
压的能量的保护。使用RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕组
中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。由于电容
两端电压不能突变，所以能有效的抑制过电压，串联电阻消耗部分
产生过电压的能量，并抑制LC回路的震动。
图3-3
1、晶闸管的过电压保护
晶闸管的过电压能力比一般的电器元件差，当它承受超过反向
击穿电压时，也会被反向击穿而损坏。如果正向超过管子的正向转
折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路可能出现的过电压，常
采用简单有效的过电压保护措施。
对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使
用阻容保护。
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图3-4
2、晶闸管的过电流保护
在整流中造成晶闸管过电流的主要原因是：电网电压波动太大
负载超过允许值，电路中管子误导通以与管子击穿短路等。所以我
们要设置保护措施，以避免损害管子。
常见的过电流保护有：快速熔断器保护，过电流继电器保护，
限流与脉冲移相保护，直流快速开关过电流保护。
快速熔断器保护是最有效，使用最广泛的一种措施;快速熔断器
的接法有三种：桥臂串快熔，这是一种最直接可靠的保护；交流侧
快熔，直流侧快熔，这两种保护接法虽然简单，但保护效果不好。
过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长（约几百毫秒）只
有在短路电流不大时才有用。限流与脉冲移相保护电路保护比较复
杂。直流快速开关过电流保护功能好，但造价高，体积大，不宜采
用。
因此，最佳方案是选用快速熔断器保护，并采用桥串快熔接法。
三相桥式全控整流电路的设计
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图3-5
第4章电路分析与仿真
主电路负载有电阻负载和阻感负载两种。因为电阻为线性负载，
其输出电压和电流波形形状应该一致切电压和电流大侠突变显著。
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电感为储能元件，在阻感负载的情况下，电流突变不明显。下面为
用MATLAB对在两种不同负载下的三相全控整流电路电路进行仿
真。
4.1带电阻负载电路分析与仿真
（1）参数：
电源相电压为220V，整流变压器输出为110V相电压，电阻负
载5R，整流器输出电压平均为202.6V。
（2）参数分析：
由整流器输出电压平均值：
cos34.2
2
UU
d
可得触发角=38°
（3）仿真模型：
因为考虑到变压器漏感对整流电路的影响，所以在设计仿真模
型时直接给整流器输入110V的相电压。
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图4-1
（4）仿真波形：
分别为整流器交流侧电流波形、输出电压波形、输出电流波形
和输出电流平均值波形
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图4-2
4.2带阻感负载电路分析与仿真
（1）参数：
电源相电压为220V，整流变压器输出为110V相电压，电阻负
载5R，电感0.01LH触发角060。
（2）参数分析
由整流器输出电压平均值：
cos34.2
2
UU
d
可得
d
U=128.7V
（3）仿真模型：
因为考虑到变压器漏感对整流电路的影响，所以在设计仿真模
型时直接给整流器输入110V的相电压。
三相桥式全控整流电路的设计
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图4-3
（4）仿真波形
分别为整流器交流侧电流波形、输出电压波形、输出电流波形
和输出电流平均值波形
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图4-4
总结
随着科学技术发展的日新日异，电子技术已经成为当今世界空
前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世
纪的我们来说掌握电子的开发技术是十分重要的。
回首这两周的学习和实践，发现自己还是收获颇丰。通过对课
题的研究，让自己不只是对本门学科的知识有了更加深刻的印象，
课题中涉与到一些我们学过的知识，也有还未曾接触的学科，让我
们有机会复习了以前的知识，也主动去了解相关的一些的资料，将
不同书本上的知识结合到了一起。然而要完成课题团队的合作也是
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必不可少的，设计的过程中也遇到了很多问题都是一个人解决不了
的，在最初的课题思路的设计中就感觉到课题有一定的难度，觉得
无从下手，相关的知识也不知道要怎样融合，所以久久没有开始。
之后在老师的指导下，组员们发扬团结协作的精神，分工合作，将
问题逐个解决，最后完成了任务。
通过本学期对电力电子基础知识学习以与此次为期两周的课程
设计，让我们这门学科有了更好的掌握，在实践的过程中，培养我
的综合运用所学知识发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼自己的
实践能力，也让我体会到了团体合作的重要性。
总的来说这个设计还是比较顺利的，在这里要感谢老师的指导，
感谢同学们的帮助。正是有了这样一个机会才让我不仅在学识和能
力上有了提高，也让同学之间有了好的默契和合作。
附录
总电路图
1、主
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12
21
D
C
B
A
VT1VT3VT5
VT6VT4VT2
R
L
T
ia
a
b
c
R
R
C
C
2、触发电路图
三相桥式全控整流电路的设计
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432
89
710
611
512
413
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KJ
0
0
4
8
9
7
1
0
6
1
1
5
1
2
4
1
3
3
1
4
2
1
5
1
1
6
KJ041
C4
RP1
R16
R7
R13
R1R4
R10
R19
C7
C1
RP4
89
710
611
512
413
314
215
116
KJ
0
0
4
C5
RP2
R17
R8
R14
R2R5
R11
R20
C8
C1
RP5
89
710
611
512
413
314
215
116
KJ
0
0
4
C6
RP6
R18
R9
R15
R3R6
R12
R21
C9
C3
RP3
uco
up
-15
+15
usbuscusa
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3、总电路图
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三相桥式全控整流电路的设计
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参考文献
1．石玉栗书贤．电力电子技术题例与电路设计指导．机械工业出
版社，1998
2．王兆安黄俊．电力电子技术（第4版）．机械工业出版社，2000
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4．莫正康．电力电子技术应用（第3版）．机械工业出版社，2000
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11．电力电子学．高等教育出版社，1996
应用技术王忠礼段慧达高玉峰清华大学出版社
2007