1、帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路在電解電鍍等工業(yè)中，常用到低電壓大電流（例如幾十伏，幾千至幾萬安）可調(diào)直流電源。圖2-28 為帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路。其變壓器二次側(cè)為兩組匝數(shù)相同極性相反的繞阻，分別接成兩組三相半波電路。變壓器二次側(cè)兩繞組的極性相反可消除圖2-28 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路圖2-29 雙反星形電路，a=0°時(shí)兩組整流電壓、電流波形鐵芯的直流磁化，設(shè)置電感量為Lp的平衡電抗器是為保證兩組三相半波整流電路能同時(shí)導(dǎo)電。與三相橋式電路相比，在采用相同晶閘管的條件下，雙反星形電路的輸出電流可大一倍。平衡電抗器的作用： 兩個(gè)直流電源并聯(lián)時(shí)，只有當(dāng)

2、電壓平均值和瞬時(shí)值均相等時(shí)，才能使負(fù)載均流，Ø 雙反星形電路中，兩組整流電壓平均值相等，但瞬時(shí)值不等，Ø 兩個(gè)星形的中點(diǎn)n1和n2間的電壓等于ud1和ud2之差。該電壓加在Lp上，產(chǎn)生電流ip，它通過兩組星形自成回路，不流到負(fù)載中去，稱為環(huán)流或平衡電流，Ø 考慮到ip后，每組三相半波承擔(dān)的電流分別為 Ø 。為了使兩組電流盡可能平均分配，一般使Lp值足夠大，以便限制環(huán)流在負(fù)載額定電流的1%2%以內(nèi)。圖2-30 平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形 雙反星形電路中如不接平衡電抗器，即成為六相

3、半波整流電路，只能有一個(gè)晶閘管導(dǎo)電，其余五管均阻斷，每管最大導(dǎo)通角60o ，平均電流Id/6。當(dāng)=0時(shí)，Ud 為1.35U2，比三相半波時(shí)的1.17U2略大些。六相半波整流電路因晶閘管導(dǎo)電時(shí)間短，變壓器利用率低，極少采用。    雙反星形電路與六相半波電路的區(qū)別就在于有無平衡電抗器，對平衡電抗器作用的理解是掌握雙反星形電路原理的關(guān)鍵。由于平衡電抗器的作用使得兩組三相半波整流電路同時(shí)導(dǎo)電的，平衡電抗器Lp承擔(dān)了n1、n2間的電位差，它補(bǔ)償了ub和ua的電動勢差，使得兩相的晶閘管能同時(shí)導(dǎo)電 將圖2-29中ud1和ud2的波形用傅氏級數(shù)展開，可得當(dāng)a =0&#

4、176;時(shí)的ud1、ud2，即ud中的諧波分量比直流分量要小得多，且最低次諧波為六次諧波。    需要分析各種控制角時(shí)的輸出波形時(shí)，可先求出兩組三相半波電路的ud1和ud2波形，然后做出波形( ud1+ud2 ) / 2。圖2-32 為a =30°、60°、90°時(shí)，雙反星形電路的輸出電壓波形。    雙反星形電路的輸出電壓波形與三相半波電路比較，脈動程度減小了，脈動頻率加大一倍，f=300Hz    電感負(fù)載情況下，a = 90°時(shí), 輸出電壓波形正負(fù)面積相等，U

5、d=0，移相范圍是90°    如果是電阻負(fù)載，則ud波形不應(yīng)出現(xiàn)負(fù)值，僅保留波形中正的部分。同樣可以得出，當(dāng)a =120°時(shí)，Ud=0，因而電阻負(fù)載要求的移相范圍為120°。 整流電壓平均值與三相半波整流電路的相等，為Ud=1.17 U2 cos a將雙反星形電路與三相橋式電路進(jìn)行比較可得出以下結(jié)論： 三相橋?yàn)閮山M三相半波串聯(lián)，而雙反星形為并聯(lián)，且后者需用平衡電抗器Ø 當(dāng)U2相等時(shí)，雙反星形的Ud是三相橋的1/2，而Id是三相橋的2倍Ø 兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系一

6、樣，ud和id的波形形狀一樣Ø雙反星形整流電路并聯(lián)運(yùn)行環(huán)流分析 摘要：從三相半波整流電路輸出直流電壓數(shù)學(xué)表達(dá)式入手，對兩組帶平衡電抗器雙反星形整流電路并聯(lián)運(yùn)行的環(huán)流進(jìn)行分析，提出了在兩組整流電路之間省略平衡電抗器的新觀點(diǎn)，并通過仿真證明了此觀點(diǎn)的正確性。 關(guān)鍵詞：雙反星形；環(huán)流；平衡電抗器 1引言 在我國大型核聚變裝置、強(qiáng)磁場裝置及電解、電鍍等方面的應(yīng)用中，經(jīng)常需要電壓為幾V至十幾V、電流為幾kA至幾十kA的可調(diào)直流電源。在這種低電壓大電流可調(diào)直流電源的設(shè)計(jì)中，一般采用雙反星形帶平衡電抗器整流電路。由于受晶閘管最大額定電流的限制，在很多情況下必須采用晶閘管并聯(lián)才能滿足要求。另一方面由

7、于雙反星形帶平衡電抗器整流電路輸出的直流電壓為6脈波，不能滿足如核聚變裝置、強(qiáng)磁場裝置等這種對紋波要求較高的場合1。為了減小輸出直流電壓的諧波含量和減輕整流裝置高次諧波電流對電網(wǎng)的影響，也為了減少晶閘管并聯(lián)過多對裝置設(shè)計(jì)帶來的麻煩，可以采用兩組雙反星形帶平衡電抗器整流裝置（一組整流變壓器原邊接成星形,另一組接成三角形）并聯(lián)運(yùn)行，從而使相電壓移相30°達(dá)到12相的整流效果。按照常規(guī)設(shè)計(jì)，需在兩組整流裝置輸出端之間接一平衡電抗器來限制兩組整流裝置之間的環(huán)流。本文通過對兩組整流裝置并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的環(huán)流進(jìn)行分析，得出了兩組整流裝置之間可以不加平衡電抗器即可完全滿足工程需要的新結(jié)論,通過仿真證明了

8、此結(jié)論的正確性。 2等效電路的建立 圖1雙反星形帶平衡電抗器整流電路并聯(lián)運(yùn)行主電路圖 圖1是兩組雙反星形整流電路并聯(lián)運(yùn)行電路圖，每組帶平衡電抗器的整流電路的輸出整流電壓波形是兩個(gè)相差60°的三相半波整流輸出電壓波形的疊加2（由于平衡電抗器的作用，使兩個(gè)星形能夠并聯(lián)運(yùn)行），而總的輸出電壓波形是兩組整流電路輸出電壓波形的疊加。對于每個(gè)三相半波整流電路的輸出電壓波形，可利用富氏級數(shù)展開式,分解成各諧次正弦函數(shù)，其觸發(fā)角=0時(shí)富氏級數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為: Ud1=1.17U2(1cos3tcos6t 圖3三次諧波作用計(jì)算環(huán)流等效電路圖 （a）無平衡電抗器（b）有平衡電抗器 cos9tcos12t

9、)（1） Ud2=1.17U2(1cos3tcos6tcos9tcos12t)（2） Ud3=1.17U2(1cos(3t/2)cos6tcos(9t/2)cos12t)（3） Ud4=1.17U2(1cos(3t/2)cos6tcos(9t/2)cos12t)（4） 由以上表達(dá)式可知，各三相輸出電壓是由不同頻率的正弦波組成，按照電路疊加原理3，各支路的環(huán)流計(jì)算,我們可以認(rèn)為是各個(gè)成分(包括直流分量和各諧波分量)共同作用相互疊加的結(jié)果。由于在每個(gè)支路中直流分量和十二次諧波電壓的相位相同而相互抵消,因此，它們不產(chǎn)生環(huán)流。計(jì)算環(huán)流等效電路如圖2所示。 3各次諧波電壓產(chǎn)生的環(huán)流計(jì)算 首先計(jì)算三次諧波

10、電壓單獨(dú)作用產(chǎn)生的環(huán)流，圖3是三次諧波電壓作用計(jì)算環(huán)流等效電路圖。為了對兩種情況下的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，等效電路圖分為圖3(a)和圖3(b)，其中圖3(a)是無平衡電抗器Lp等效電路圖，圖3（b）是有平衡電抗器Lp等效電路圖。 式（1）中各電壓表達(dá)式中的三次諧波電壓可用向量表示為（5） 式中：U3=。 對于圖3（a），用回路法列回路方程組= （6） 對于圖3(b)，同樣用回路法列回路方程組×=(7) 按照同樣方法可以列出六次、九次諧波電壓單獨(dú)作用時(shí)的回路方程組。解此方程組可得出各支路的諧波電流及環(huán)流，計(jì)算結(jié)果如表1所列。 表1各次諧波電壓環(huán)流計(jì)算結(jié)果 支路電流 3次諧波 有Lp I31

11、j I31 I31 0 0 無Lp I31j I31 I31 0 0 6次諧波 有Lp I61j I61j I61j 2I61j 2I61j 無Lp I62j I62j I62j 2I62j 2I62j 9次諧波 有Lp I91j I91 I91 0 0 無Lp I91j I91 I91 0 0 In1=，In2=，n=3、6、9 由以上的計(jì)算結(jié)果可知，無論是圖3（a）或者圖3（b），三次和九次諧波電壓產(chǎn)生的環(huán)流不流過Lp，只在本組整流電路的兩支路內(nèi)流動,與兩組整流電路之間的環(huán)流無關(guān)。六次諧波電壓產(chǎn)生的環(huán)流全部流過Lp，而不在本組整流電路之間流動，是兩組整流電路之間環(huán)流的組成部分。 4平衡電抗

12、器電感量和環(huán)流計(jì)算 把以上所計(jì)算的各次諧波電壓產(chǎn)生的環(huán)流相疊加,便可得出每個(gè)支路環(huán)流i1H和每組整流電路之間的實(shí)際環(huán)流ip。 圖2計(jì)算環(huán)流等效電路 圖4環(huán)流限制在1時(shí)L和ip隨Lp/L變化曲線 （a）有平衡電抗器Lp （b）無平衡電抗器Lp 圖5雙反星形帶平衡電抗器整流電路并聯(lián)運(yùn)行環(huán)流波形圖 i1H=cos(3t/2)cos(6t/2)cos(9t/2).(8) ip=cos(6t/2)(9) 一般情況下，每組整流器的環(huán)流都限制在額定電流值的12，也就是兩組整流器輸出總電流的0.51。由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕h(huán)流的最大值不能大于工作電流值，否則晶閘管將會阻斷，使電路處于六相半波運(yùn)行狀態(tài)，而不能

13、進(jìn)入并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)。圖4是當(dāng)每組整流器的環(huán)流限制在1時(shí)，電感L和兩組整流器之間的環(huán)流ip隨Lp/L變化曲線。 由圖4曲線L可以看出，Lp/L從0（無Lp）到1之間變化時(shí)，當(dāng)環(huán)流限制在1時(shí)，所需的電感量僅減小了0.00016U2/Id（從0.03127U2/Id變化至0.03111U2/Id），也就是說Lp的變化并不影響環(huán)流i1H。從圖4曲線ip可以看出，當(dāng)Lp/L從0到1之間變化時(shí)，ip從0.00227Id變化至0.00113Id。如果此時(shí)額定電流為10kA，則其環(huán)流從22.7A變?yōu)?1.3A，由此可見，電感L已經(jīng)起到限制環(huán)流的作用，在滿足每組整流器環(huán)流限制值1的情況下，兩組整流器之間的環(huán)流為22.7A。這完全能夠滿足工程要求，同時(shí)也減小了工程?價(jià)。 5仿真結(jié)果 為了驗(yàn)證本文的研究結(jié)果，我們用MATLAB對此電路進(jìn)行了仿真，圖5為仿真結(jié)果曲線。仿真電路參數(shù)是按照HT7U超導(dǎo)托克馬克縱場電源的具體參數(shù)來選取。其值為：U2=18V，2L=0.3mH，Lp=0.15mH，負(fù)載為電感量3.25H、電阻為6.6m的大電感負(fù)載。 由圖5可知，無論有無中間平衡電抗器，每組整流器之間的環(huán)流大約為80A，而兩組整流器之間的環(huán)流在兩種情況下分別為19.6A和9.3A，證明了理論分析的正確性。 6結(jié)語 1）對于兩組并聯(lián)運(yùn)行的雙反星形帶平衡電抗器整流電路，可以省去