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:
$$I_{o}=frac{U_{o}}{R_{L}}=2.34frac{U_{2}}{R_{L}}$$
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:
$$I_{v}=frac{1}{3}I_{o}=frac{2.34U_{2}}{3R_{L}}=0.78frac{U_{2}}{R_{L}}$$
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:
$$ begin{align}U_{o} & =frac{1}{pi /3}int_{frac{pi }{6}}^{frac{pi }{2}}sqrt{2}U_{ab}sin(omega t+30^{circ})d(omega t)\ & =frac{3}{pi }int_{frac{pi }{2}}^{frac{pi }{2}}sqrt{6}sqrt{3}U_{a}sin(omega t+30^{circ})d(omega t)\ & =2.34U_{a}\ & =2.34U_{2}end{align}$$