基于三相可控整流电路的同步设计
作者：施尚英
来源：《广东蚕业》 2017年第7期
学生在进行晶闸管变流装置电路的试验中，遇到了这样一个问题。按照正常的电路原理图连接好电路，整个可控整流电路的阻性负载灯泡不能被点亮，通过示波器、万用表检测整个主电路与触发电路。可以排除晶闸管损坏，排除触发信号丢失，整个电路就是不通，回到电路原理图上分析还有一种可能就是触发电路和主电路的不同步造成了这样一个故障现象。
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同步
什么是可控整流电路中主电路与触发信号不同步呢？首先来看看什么是同步，就是主电路与触发电路要步调相同的工作。在三相对称交流电源加到晶闸管的阳极与阴极之间，触发电路能够在晶闸管承受阳极正压的同时送出触发信号，让晶闸管导通。使负载上能够得到相应的直流电压。要使三相可控整流电路的主电路与触发电路步调相同的工作。那么必须要让主电路与触发电路频率相同，主电路与触发电路保持应有的相位关系。
如何能让主电路与触发电路频率相同，还要有相应的相位关系呢？让两者的频率相同就是让三相可控整流电路的主电路变压器与触发电路变压器接在同一个电网上，就能保证频率上的同步。剩下重点来看的就是主电路与触发电路能有应有的相位关系。要让两个电路有相应的相位关系，先来了解主电路与触发电路中三相变压器的连接组别。
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三相变压器连接组别
单相变压器的高压绕组与低压绕组的相位关系就很简单，不是同相就是相位相差1800，即是反相。三相变压器的高压绕组与低压绕组的相位关系就复杂太多，不同的连接方式，就会让高压绕组和低压绕组的相位相差。所以三相变压器的连接组别在应有的相位关系中就很重要了。所谓“连接组别”实际上就是弄清楚三相变压器低压绕组上的电压的相位与对应的高压绕组上的电压相位相比时，低压绕组落后高压绕组多大角度。在国家标准中把用于连接电网导线的端子称为一次绕组或高压绕组。连接负载端子称为二次绕组或低压绕组。高压绕组的线路端子通常是用大写的A、B、C或U、V、W表示；低压绕组的线路端子通常是用小写a、b、c或u、v、w表示。三相变压器常见的连接方式这么几种形式。三相变压器的高压绕组结成Y形，低压绕组也结成Y形时，我们就说这是Y-Y形接线；三相变压器的高压绕组接成Y形，把低压绕组接成三角形时，我们就说这是形结线，三相变压器高压绕组接成三角形，低压绕组接成三角形形时，我们就说这是-形结线，三相变压器高压绕组接成三角形，把低压绕组接成星形时，我们就说这是-Y形结线，怎样区分和表示不同的连接方法呢？根据变压器的国际标准(IEC 60076 -1 )和国内标准（GB 1094.1 -1996 ）的规定大体是：三相变压器连接方式的编号是由字母和数字两部分组成的。例如：Yy4 、Yd11 、Dy11 、YNd11 等。其中的字母表示结线方式，数字表示结线的组别，N表示高压绕组的中性点，n表示低压绕组的中性点。在三相可控整流电路中三相变压器的连接组别没有这么复杂。为了方便测试、检修电路，一般要求负载要有公共接地的点。所以低压绕组只能接成Y形。一般情况下，三相变压器初级、次级线圈接法相同时，连接组号是偶数点，Y-Y形，-形。三相变压器初级、次级线圈接法不相同时，连接组号是奇数点Y-形，-Y形。在实际工程应用中三相变压器作为三角形连接时，一般按照逆序连接的，就是第一个线圈的首端接下一个线圈的尾端。
在三相可控整流电路中的同步设计中，起主要的作用的就是触发电路的同步变压器的组别确定。在三相可控整流电路同步设计中，其主要的问题有两类。第一类是已知三相同步变压器的连接方法，判定其组别号码。另一类反过来是已知三相同步变压器的连接组号，确定其三相同步变压器的连接方法。对于第一类问题的解决方法是采用时钟表示法，具体判定则采用向量分析法。根据三相同步变压器的连接方式，高压侧、低压侧线电压的关系。以高压侧线电压的相量在正12 点的位置，作为时钟的分针，低压侧对应的线电压相量作为时针，时针与分针的夹角就是三相同步变压器的相位关系，钟点数即是三相同步变压器的连接组别。
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同步分析
主电路与触发电路的移相控制方案确定
根据主电路的形式，负载的性质是阻性、感性还是反电动势负载，确定主电路应有的移相角度。再根据触发电路的形式是同步电压是正弦波的还是锯齿波的电路能够提供多大的移相范围，确定主电路晶闸管阳极电压与触发电路同步变压器的相位关系。
利用矢量图分析同步变压器的连接组别
主电路变压器的连接组别画出12 点的矢量图，再根据变压器的连接方法是采用的三角形还是星形连接，给出星形连接与三角形连接的相电压与线电压的关系画相电压的矢量，根据前面移相控制方案分析出来的触发电路的相电压与主电路相电压的相位。由于触发电路的特点触发电路的变压器次级就是低压侧只能作为星形连接，所以根据星形连接相电压与线电压的关系在矢量图中标出线电压超前该相相电压30 °，得到触发电路的同步变压器的连接组别。最后根据分析出来的组别，绘制同步变压器的接线图。
例如三相半波的可控整流电路如图一所示，触发电路采用同步电压为正弦波的移相电路，如何确定触发电路中同步变压器的连接组别呢？按照上面的步骤和方法。首先根据三相半波可控整流电路的主电路与触发电路的移相控制方案，三相半波可控整流电路的主电路是三相半波，其移相换位是0 °-150 °，触发电路采用同步电压是正弦波的电路理论移相范围是0 °-180 °，让触发电路中的直流控制电压UC和直流偏移电压UB为零，触发电路的同步电压必须在主电路的105 °的地方过零点，三相半波可控整流电路的主电路采用三相对称交流电源规定30 °的时候是自然换相点。触发电路为了消除电网电压的高频干扰与毛刺采用移相45 °，触发电路的同步电压与主电路的相电压相位上滞后60 °。由图一中的矢量分析出三相半波可控整流电路的三相变压器的连接组别是-Y，1。画出主电路线电压的矢量图，就是三相变压器高压绕组与低压绕组相位差30 °。主电路低压绕组采用的星形连接，所以三相变压器低压绕组中u相线电压超前u相相电压30°，矢量图上标出主电路低压绕组线电压与相电压的相位关系，由于同步移相环节分析结果，触发电路的相电压滞后主电路相电压60 °，所以矢量图上标出同步相电压与主电路相电压，即。由于触发电路的同步变压器次级便于维修、与测试要求有公共接地。一般采用星形连接。所以触发电路的三相同步变压器中低压绕组的线电压超前相电压30 °，在矢量图中画出矢量。最后在整个矢量图中就画出了的矢量。从而确定出三相可控整流电路的触发电路三相变压器的连接组别是-Y，3 。根据三相同步变压器的连接组别，画出同步变压器的连接方法如图三所示，从而设计出与主电路同步的触发电路。
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结论
同学们在设计分析电路时，首先要从原理图上手。三相半波可控整流电路能够正常工作，必须要满足触发电路与主电路的同步。从具体的例子中更深刻知道。要实现同步必须满足主电路与触发电路频率相同，必须要有确定的相位关系。为了得到确定的相位关系，在进行的矢量分析中必须经历四个步骤。第一，根据主电路的三相变压器的连接方式确定出其连接组别。第二，三相可控整流电路主电路的变压器低压绕组做星形连接，确定出。第三，根据主电路形式与负载性质，触发电路的形式确定第四，触发电路中为了保证检修、调试电路必须给出公共接地点，所以触发电路中三相同步变压器低压绕组只能做星形连接，确定。
参考文献
[1]杨立林.电力电子技术 [M].成都.西南交通大学出版社,2013.
[2]陶彩霞,雷达.三相变压器连接组的实用判别方法[J].兰州交通大学学报（自然科学版）,2005（2）:46-48.
[3]刘玉庆.对确定三相变压器连接组标号的教学与实践[J].济南大学学报,1995.5（1）:73-78.
基于三相可控整流电路的同步设计
