1.7 多脉冲变压晶闸管桥式整流器

多脉冲变压晶闸管桥式整流器多用于电流源型逆变器（CSI）传动系统。晶闸管桥式整流器为电流源型提供了可变的直流电，CSI将直流电变换为频率可变的三相PWM交流电。多脉冲晶闸管桥式整流器的输入功率因数随着触发延迟角而改变，是其主要缺点。

1.7.1 6脉冲晶闸管桥式整流器

6脉冲晶闸管桥式整流器即三相桥式可控整流电路，它由6个晶闸管组成，如图1-31所示。其中，VT₁、VT₃、VT₅3个晶闸管的阴极连接在一起，称为共阴极组；VT₄、VT₆、VT₂3个晶闸管的阳极连接在一起，称为共阳极组。分析晶闸管的触发延迟角α=0时的情况（见图1-32）：对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的1个导通；对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最小的一只导通。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。

图1-31 6脉冲晶闸管桥式整流器

图1-32 6脉冲晶闸管桥式整流器带电阻型负载α=0时的波形

从相电压波形（见图1-32a）可以看出，共阴极组晶闸管导通时，u_d1为相电压的正包络线；共阳极组导通时，u_d2为相电压的负包络线；u_d=u_d1-u_d2，是两者的差值，为线电压在正半周的包络线。

从线电压波形（见图1-32b）可以看出，u_d为线电压中最大的一个，因此u_d波形为线电压的包络线。

6脉冲晶闸管桥式整流器带电阻型负载α=0时晶闸管的工作情况见表1-4。

表1-4 6脉冲晶闸管桥式整流器带电阻型负载α=0时晶闸管的工作情况

6脉冲晶闸管桥式整流器的特点如下：

1）两只晶闸管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1个，且不能为同一相器件。

2）对触发脉冲的要求：按VT₁—VT₂—VT₃—VT₄—VT₅—VT₆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VT₂、VT₄、VT₆也依次差120°，同一相上下的两个桥臂（即VT₁与VT₄、VT₃与VT₆、VT₅与VT₂）脉冲相差180°。

3）u_d一周期内脉冲6次，每次脉冲的波形都一样，因此该电路称为6脉冲晶闸管桥式整流器。

4）保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，另一种是常用的双脉冲触发。

α=30°时的工作情况与α=0°时的工作情况的区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了30°，组成u_d的每一段线电压因此推迟30°。从ωt₁开始把一个周期等分为6段，u_d波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号仍符合表1-4的规律。

整流器的直流输出平均电压U_d在不同触发延迟角下取值不同：α=45°时为正；α=90°时为零；α=135°时为负。当α=180°时，直流输出平均电压U_d达到负的最大值。由于实际整流器网侧电感L_s不为零，触发延迟角α应该小于180°，以防止晶闸管换相失败。

当整流器输出直流电压为正时，功率从电源流向负载。当整流器输出直流电压为负时，整流器运行在有源逆变模式下，功率从负载回馈到电源，这种情况通常发生在CSI传动系统运行在回馈制动过程时。在此过程中，逆变器将电动机转子和机械负载的动能转换为电能并通过整流器回馈到电源，以达到快速回馈制动的目的。晶闸管整流器的双向功率流动能力，使得CSI传动系统具备了四象限运行的能力。

带负载的6脉冲晶闸管桥式整流器的简化结构框图如图1-33所示，图中没有画出晶闸管的阻容（RC）吸收电路。

图1-33 6脉冲晶闸管桥式整流器的简化结构框图

6脉冲晶闸管桥式整流器输入电流的总谐波失真随着输入电流的大小和触发延迟角α的大小而变化，总谐波畸变率一般大于25%，典型电源阻抗下对应的电压失真约为10%，不能满足IEEE 519—1992《电源系统谐波控制推荐规程和要求》和GB/T 14549—1993《电能质量 公用电网谐波》中对谐波的限制要求，这在实际系统中，尤其是在大功率系统中是不可接受的。

6脉冲晶闸管桥式整流器输入功率因数（PF）随输入电流的大小变化很小，而当触发延迟角α很大时，功率因数下降很多，实际上这是晶闸管整流器的主要缺点。

1.7.2 12脉冲晶闸管桥式整流器

12脉冲晶闸管桥式整流器如图1-34所示，它由一个移相变压器和两个完全相同的6脉冲晶闸管桥式整流器组成。移相变压器有两个二次绕组，接线方式分别为星形联结和三角形联结，二次绕组线电压通常是一次绕组线电压的一半。两个整流电路的直流输出串联起来供给一个直流负载，为了消除网侧电流i_a中的低次谐波，可令变压器二次侧星形联结绕组的线电压与变压器一次绕组线电压同相，变压器二次侧星形联结绕组中的电流和变压器二次侧三角形联结绕组中的电流波形形状相同，只是相位上相差30°。可以假想图中直流中间电路的直流电感L_d足够大，直流电流I_d没有纹波。

12脉冲晶闸管桥式整流器的THD性能比6脉冲晶闸管桥式整流器好很多，然而它仍不能满足IEEE 519—1992《电源系统谐波控制推荐规程和要求》和GB/T 14549—1993《电能质量 公用电网谐波》中对谐波的限制要求。12脉冲晶闸管桥式整流器输入功率因数（PF）受触发延迟角α的影响很大。

图1-34 12脉冲晶闸管桥式整流器

12脉冲晶闸管桥式整流器可作为CSI传动系统的整流前端。

图1-35所示12脉冲晶闸管桥式整流器的简化结构框图。

图1-35 12脉冲晶闸管桥式整流器的简化结构框图

1.7.3 18脉冲晶闸管桥式整流器

图1-36所示为18脉冲晶闸管桥式整流器的简化结构框图，它和18脉冲二极管桥式整流器相似，整流电路也采用3个二次绕组的移相变压器，分别给3个相同的6脉冲晶闸管桥式整流器供电。只要移相变压器任意两个相邻绕组都有20°的相移，18脉冲晶闸管桥式整流器就可以消除5次、7次、11次和13次谐波，使波形比较接近正弦波。然而，它仍不能满足IEEE 519—1992《电源系统谐波控制推荐规程和要求》和GB/T 14549—1993《电能质量 公用电网谐波》中对谐波的限制要求。18脉冲晶闸管桥式整流器输入功率因数（PF）受触发延迟角α的影响很大。

图1-36 18脉冲晶闸管桥式整流器的简化结构框图

1.7.4 24脉冲晶闸管桥式整流器

图1-37所示为24脉冲晶闸管桥式整流器的简化结构框图，它和24脉冲二极管桥式整流器相似，整流电路采用4个二次绕组的移相变压器，分别给4个相同的6脉冲晶闸管桥式整流器供电。只要移相变压器任意两个相邻绕组都有15°的相移，24脉冲晶闸管桥式整流器就可以消除5次、7次、11次、13次、17次和19次6个主要的谐波，24脉冲晶闸管桥式整流器线电流的THD非常低，满足IEEE 519—1992《电源系统谐波控制推荐规程和要求》中对谐波的限制要求。24脉冲晶闸管桥式整流器输入功率因数（PF）随着触发延迟角α而改变，这是其主要缺点。

图1-37 24脉冲晶闸管桥式整流器的简化结构框图