三相整流电路：组成和工作原理

电路组成和工作原理工业上用的大功率直流电源，多采用三相正弦交流电经二极管整流得到。如图下图所示，三相交流电源经二次侧星形联结的三相变压器变压后，接于三相桥式电路a、b、c端。图中六个二极管分成两组。第一组VD1、VD3、VD5为共负（阴）极连接，第二组VD2、VD4、VD6为共正（阳）极连接。每一组中三个二极管轮流导通。共负极组中，正极电位最高的那个二极管导通；共正极组中，负极电位最低的那个二极管导通。同一时刻，各组中只有一个二极管导通，其他的不导通。

下图a所示为三相电压波形图，图b所示为整流后的输出电压波形图，图c所示为不同时间间隔的导通二极管的编号图。例如，图中t1~t2时间段三相电压中，$u_{a}$相电压最高，共负极组的VD1导通；$u_{b}$相电压最低，共正极组的VD4导通。所以输出电压应是线电压$u_{ab}$在该时间段的波形。而在t2~t3时间段内，$u_{a}$仍是最高，共负极组仍是VD1导通，但此时$u_{c}$电压最低，所以共正极组的VD6导通，输出电压是线电压$u_{ac}$，其余类推。由输出电压$u_{o}$波形图中可以看出，$u_{o}$是由各时间段的线电压拼接而成的波形。

输出电压平均值：用U₂表示变压器二次侧相电压的有效值，则星形联结的变压器二次侧电压有效值为$\sqrt{3}U_{2}$，相位上超前相电压30°。数学证明，输出电压的平均值为：

$$U_{o}=2.34U_{2}$$

负载电流的平均值为：

$$I_{o}=\frac{U_{o}}{R_{L}}=2.34\frac{U_{2}}{R_{L}}$$

三极管承受反向最高电压：每个二极管所承受的最高反向电压为变压器二次侧线电压的幅值，即：

$$U_{RM}=\sqrt{3}\times \sqrt{2}U_{2}=2.45U_{2}=1.05U_{o}$$

二极管平均电流：在一个周期内，由于每个二极管只有1/3时间导通，因此流过每个二极管的平均电流为：

$$I_{v}=\frac{1}{3}I_{o}=\frac{2.34U_{2}}{3R_{L}}=0.78\frac{U_{2}}{R_{L}}$$

式$U_{o}=2.34U_{2}$的证明如下：由前面的三相桥式整流电路图，并考虑到线电压$U_{ab}$超前相电压$u_{a}30^{\circ}$有：

$$ \begin{align}U_{o} & =\frac{1}{\pi /3}\int_{\frac{\pi }{6}}^{\frac{\pi }{2}}\sqrt{2}U_{ab}sin(\omega t+30^{\circ})d(\omega t)\\ & =\frac{3}{\pi }\int_{\frac{\pi }{2}}^{\frac{\pi }{2}}\sqrt{6}\sqrt{3}U_{a}sin(\omega t+30^{\circ})d(\omega t)\\ & =2.34U_{a}\\ & =2.34U_{2}\end{align}$$