一、对三相可控整流电路的基本认识
在功率较大的场合，广泛地使用将三相交流电整流为直流电的技术。其原理可以从图1中得到理解。
三相交流电经过三相整流变压器隔离并得到适当电压后，送到整流管VD1～6组成的三相桥式整流电路，整流后在负载上输出直流电压U d。图2中给出了输入的a、b、c三相电压的波形、输出电压U d的波形以及各个整流管在一个周期内的导通次序的列表。在这种不可控的三相整流电路中，在任一瞬间，只有共阴极组（VD1、3、5）中阳极承受电压最高的一只整流管和共阳极组（VD4、6、2）中阴极承受电压最低（最负）的一只整流管导通。例如在图2中标示出的a相的自然换相点之后，a相电压最高，b相电压最低，所以这时共阴极组中连接到a相的VD1和共阳极组中连接到b相的VD6导通，此时输出电压的瞬时值等于a相电压与b相电压的瞬时值之差。其他时刻的情况可以类推。从整流管导通次序表中也可以看出图1 中整流管编号的道理。
在需要输出电压可调的时候，可以将三相整流电路中的整流管换成晶闸管（可控硅整流元件），并增加配套的触发电路。
晶闸管的电路符号如图3所示。在门极（亦称控制极）至阴极间未加控制电压或脉冲时，阴极和阳极之间无论加正向电压还是加反向电压，都不导通。只有当阳极承受高电位，阴极承受低电位，并且在门极至阴极间加上一个正向的电压（一个很窄的脉冲即可），这时晶闸管才会导通，并且一直到A-K间的正向电压为0时才会关断。
如果我们只将三相整流电路的共阴极组的整流管换成晶闸管，就得到了三相半控桥式整流电路；如果我们将三相整流电路的全部整流管都换成晶闸管，就得到了三相全控桥式整流电路。前者应用得较为广泛，而在可逆整流的情况下，就要采用后者。图4给出了一个三相半控桥式整流电路的主回路，为简略起见，图中未画出触发电路。在理解了三相不可控整流电路原理的基础上，考虑到晶闸管在门极触发信号的作用下，可以在一个周期内只导通一部分时间，从而使输出电压得到控制，这就大致理解了三相可控整流的基本道理。
二、三相可控整流输出电压波形分析
对于图4的电路，如果我们总是在自然换相点的位置触发晶闸管，那么它们在全部承受正向电压的时间内都会导通，因此这时输出的波形与不可控整流电路输出的波形是完全一样的。这种情况下的输入、输出波形见图5的上端。
当晶闸管的触发信号比自然换相点迟一些时间到达，晶闸管就会迟一些导通，相应地，输出电压U d就会减少一些。我们常使用“控制角”这一术语，并且使用相位角而不是用时间来进行叙述。比如在自然换相点处发出触发脉冲，称控制角为0°，比自然换相点迟后1/6周期则称控制角为60°。按这样的叙述方法，我们在图5中给出了控制角在0°、15°、30°、60°、90°、120°和150°时输出电压Ud的波形。
观察图5的波形，我们可以看到，当控制角小于60°时，Ud在每个周期内可以有6个波头，每个晶闸管导电角120°；当控制角大于60°时，Ud在一个周期内只有3个波头了，每个晶闸管导电角不足120°，输出电压变得不连续（一个周期内有一些时间为0值）。
仔细观察图5我们还可以看到，当控制角大于120°时（图中虚线右侧附近），a相电压已经低于b相电压，却不能换到b相上去——这是因为a相脉冲刚刚发出，b相的触发脉冲尚未出现（b相的触发脉冲要比a相的晚120°才会出现）。这种情况可以一直延续到控制角接近180°的位置。三相半控整流电路的控制角最大可以达到180°。
在图6中我们对图5各个波形的幅度作了比较，从图中可以看出，随着控制角的增大，输出电压波形的幅度和占空比逐渐下降。由于Ud波形受控制角的控制，这使得调节晶闸管的控制角（调节触发脉冲的早晚）就可以调节Ud的平均电压（即直流电压）Ud。当控制角为0°时，Ud=2.34U2；当控制角为180°时，Ud=0。写成一般数学表达式，平均电压
Ud=1.17U2（1+cosα）
其中α为控制角。
三、分析三相可控整流电路输出波形的程序
为了让读者理解上述内容，笔者编写了一个Windows程序。如果能边阅读上文，边运行这个程序，相信一定会使你对三相可控整流的认识有一个很大的提高。
程序的界面如图7所示。
这是一个典型的Windows程序，程序中使用的控件都是常见的。它的主要界面是一个图形窗口，用来显示输入三相交流电的波形、触发脉冲和输出电压的波形。它还有一个数字窗口，用来显示输出电压的百分比。界面中的上下拉按钮可以调节电路中的控制角，范围是0°至180°。在“方式选择”选择框中，可以在“即时刷新”和“保存图形”两种工作方式中选择一种——前者有利于提高图形的刷新速度，后者用于保存图形。除此而外，还有3个命令按钮：清除、保存和关闭。“清除”用于清除图形窗口中现有的内容，“保存”用于将图形窗口中的内容以位图的形式保存成磁盘文件，“关闭”用于退出程序。
该程序是一个“绿色”程序，只要将压缩包用WinZip软件解压缩到指定的文件夹中即可以使用。要删除这个程序，可以直接删除解压缩产生的全部文件，它不会在电脑中留下任何垃圾。
解压缩完成后，双击可执行文件“Scr.exe”，程序开始运行。
首先选择工作方式，默认状态为“即时刷新”，如果当前不保存图形，就选择这个状态，然后调节控制角。在调节控制角的同时，图形窗口中将会画出下列波形：
1.输入电压的波形。这相当于三相整流变压器二次电压U2的波形，是典型的三相交流电波形，a相用黄色表示，b相用绿色表示，c相用红色表示。
2.触发脉冲的波形。也用黄、绿、红三色表示，分别代表对a相晶闸管、b相晶闸管、c相晶闸管进行触发的脉冲。当调节控制角时，图形窗口中的触发脉冲会移动到相应的相位。
3.输出电压的波形。这相当于Ud的波形。波形及其下侧的横轴都用了黄、绿、红三色，波形的颜色表示了共阴极组中导通的晶闸管所在相，横轴的颜色表示了共阳极组中导通的整流管所在相——相应的也是黄a、绿b、红c。通过观察这两部分在某一时刻的颜色，就可以看出该瞬间哪一对整流元件在导电。
现在我们可以随意调节控制角，仔细观察输出电压波形的变化，其效果比现场测试一台三相可控整流器还要好。如果你曾经用示波器观测过三相可控整流器的输出波形，一定会感到非常亲切吧！如果能够通过图形的颜色产生一些联想，还会有更深层次的理解。
程序界面右上角的数字窗口，用来显示直流输出（平均）电压Ud的相对幅度，这里把控制角为0（也就是全导通）时的输出电压当作了100％。通过这个数据，我们可以大致了解控制角和输出电压的对应关系。
这个程序还有一个功能，就是保存所画波形的功能。为了保存图形，首先选中“保存图形”的工作方式，然后调节到所需控制角，单击“保存”按钮（这个按钮的功能在“即时刷新”工作方式下被屏蔽）。在弹出“另存为”对话框以后，选择图形文件的保存位置和文件名，单击对话框中的“保存”按钮，即可将显示的波形保存为bmp格式的图形文件。
本程序可以在Windows98或更高版本的视窗操作系统中使用。
有兴趣的读者可在本期配刊光盘的“本期程序”文件夹中找到该程序。
（于长江）