Трёхфазный выпрямитель
Содержание:
- Практическое использование выпрямительного диода
- Принцип действия
- Виды преобразовательных агрегатов
- Принцип работы выпрямителя
- Схема — трехфазный выпрямитель
- Трехфазная мостовая схема — выпрямление
- Полуволновое выпрямление
- Практическое применение
- Однофазная мостовая схема выпрямления
- Мостовая схема трехфазного выпрямителя (схема Ларионова).
- Физико-технические параметры
- Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)
- Трехфазные выпрямители. Виды и диаграммы
Практическое использование выпрямительного диода
В связи с неудержимым развитием научно-технического прогресса применение выпрямителей затронуло все сферы жизнедеятельности человека. Диоды силовые выпрямительные эксплуатируются в таких узлах и механизмах:
- в блоках питания главных двигателей транспортных средств (наземных, воздушных и водных), промышленных станков и техники, буровых установок;
- в комплектации диодного моста для сварочных аппаратов;
- в выпрямительных установках для гальванических ванн, используемых для получения цветных металлов или нанесения защитного покрытия на деталь или изделие;
- в выпрямительных установках для очистки воды и воздуха, фильтрах различного рода;
- для передачи электроэнергии на дальние расстояния посредством высоковольтной линии электропередач.
В повседневной жизни выпрямители используют в различных транзисторных схемах. Применяют в основном маломощные устройства как в виде однополупериодного выпрямителя, так и виде диодного моста. Например, диоды выпрямительного блока генератора хорошо известны автолюбителям.
Принцип действия
Принцип работы трехфазного выпрямителя
Принцип работы любого преобразователя синусоидального напряжения основан на выпрямительных свойствах особого полупроводникового элемента – германиевого или кремниевого диода. При протекании через него переменного тока положительная полуволна свободно «проходит» через рабочий электронный переход, смещенный в прямом направлении. При воздействии отрицательной полуволны электроны встречают препятствие в виде потенциального барьера, так что ток через переход течь не может.
В простейших схемах включения используется неполный цикл обработки переменных уровней, так как вторая полуволна безвозвратно теряется. Это заметно снижает преобразуемую мощность. Для сохранения полезной составляющей были разработаны 2-хполупериодные схемы выпрямления, в которых количество диодов увеличено до двух.
Виды преобразовательных агрегатов
Преобразование может выполняться различными схемами, в которых отличается принцип работы. Различают несколько типичных вариантов использования тиристоров:
- Управляемые выпрямители;
- Инверторные преобразователи.
Управляемый выпрямитель характеризуется тем, что вместо части или всех диодов установлены тиристоры, коммутируя которые в определенные моменты времени можно управлять величиной среднего напряжения на нагрузке.
Управляемый выпрямитель
Преобразователь напряжения на тиристорах, включенный по схеме управляемого выпрямителя, в силу особенностей работы, можно использовать только в цепях переменного тока для питания нагрузки постоянным напряжением.
Инверторные преобразователи формируют напряжение, по форме близкое к синусоидальному, из постоянного. При этом может быть получено различное количество фаз, имеется возможность регулировки амплитуды и частоты напряжения.
Частотный преобразователь
Асинхронный двигатель для осуществления возможности управления мощностью и частотой вращения может включаться только через инверторный преобразователь (частотник).
Принцип работы выпрямителя
Структурная схема выпрямителя показана ниже:
Главною его частью является выпрямляющее устройство В, образованное из диодов, объединенных особым образом. Именно здесь и происходит преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Переменное напряжение подается на выпрямляющее устройство через трансформатор Тр. В некоторых случаях трансформатора может и не быть (если напряжение силовой сети отвечает той, которая необходима для работы выпрямителя). Трансформатор(если он есть) в большинстве также имеет особенности в соединении его обмоток. Пульсирующий ток , как правило не является постоянным по величине в каждое мгновение времени, и когда необходимо иметь более сглаженное его значение, чем полученный после выпрямляющего устройства, применяют фильтры Ф. В случае необходимости выпрямитель дополняют стабилизатором напряжения или тока Ст, который поддерживает их на постоянном уровне, если параметры силовой сети изменяется по разным причинам. Структурную схему завершает нагрузка Н, которая значительно влияет на работу всего устройства и поэтому считается составляющей частью всего преобразователя.
Собственно выпрямителем является та его часть, которая обведена на рисунке выше пунктиром и состоит из трансформатора и выпрямительного устройства.
В этом подразделе рассматриваются выпрямители малой мощности, которые необходимы для обеспечения постоянным напряжением всяких устройств в областях управления, регулирования, усилителях тока, генераторах малой мощности и так далее. Как правило, они питаются от однофазного переменного напряжения 220 или 380 В частотою 50 Гц.
Схема — трехфазный выпрямитель
Схема трехфазного выпрямителя с отводом от нулевой точки ( а и мостового. |
Схемы трехфазных выпрямителей, получивших наиболее широкое распространение в ИВЭП, приведены на рис. 30.4. Первичные обмотки трансформаторов Тр могут включаться по схеме звезды или треугольника, а вторичные обмотки включены по схеме звезды. На рис. 30.4 а приведена схема трехфазного выпрямителя с отводом от нулевой точки 0 вторичных обмоток. На рис. 30.5 а приведены временные диаграммы напряжений и токов для этой схемы при резистивной нагрузке без фильтра.
Схема двухполупериодного выпрямления ( а и графики изменения л. |
Схемы трехфазного выпрямителя содержат шесть диодов ( рис. 1.20, а), включенных так, что при подаче на вход схемы синусоидальных напряжений фаз А, В, С потенциал точки / равен высшему, а потенциал точки 2 — низшему из потенциалов фаз А, В, С. При этом открытыми оказываются диод, связывающий точку 1 с фазой, имеющей высший потенциал, и диод, связывающий точку 2 с фазой, имеющей низший потенциал.
Собрать схему трехфазного выпрямителя из шести селеновых столбиков со всей электроизмерительной аппаратурой для исследования его свойств в нагрузочных режимах.
В схеме трехфазного выпрямителя ( рис. 23 — 6) каждый из вентилей ( кенотронов) пропускает ток только тогда, когда напряжение на обмотке данной фазы генератора или трансформатора выше, чем напряжение каждой из двух других фаз. На рис. 23 — 6 видно, что каждая из фаз пропускает ток в течение одной трети периода.
Чем отличается схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом вторичной обмотки от трехфазной мостовой схемы выпрямления.
Большое разнообразие схем трехфазных выпрямителей обусловлено различными способами соединения обмоток трансформатора. От этого зависит коэффициент пульсации выпрямленного напряжения, компенсация МДС магнитопровода и другие показатели.
Трехфазные схемы регулируемых выпрямителей звезда — звезда ( о, треугольник — звезда ( б и звезда — звезда с обратным диодом ( в.| Регулировочные характеристики трехфазных схем выпрямителей без обратного диода ( а и с обратным диодом ( 6. |
Включение обратного диода в схему трехфазного выпрямителя ( рис. 6 — 22, в) делает регулировочную характеристику выпрямителя ( рис. 6 — 23, кривая б) более плавной и линейной.
Тиристорный преобразователь выполнен по схеме трехфазного выпрямителя и состоит из трех или шести тиристоров типа Т-500, защищенных RC-цепочками. Питание преобразователя осуществляется от сети переменного тока напряжением 380 В, 50 Гц через согласующий трансформатор.
На рис. 9.6, а изображена схема трехфазного выпрямителя с нейтральным выводом.
На рис. 15.6, а дана схема трехфазного выпрямителя.
Какое из приведенных соотношений не относится к схеме трехфазного выпрямителя.
Схема трехфазного выпрямителя ( а и график напряжений ( б. |
Трехфазная мостовая схема — выпрямление
Трехфазный мостовой выпрямитель ( а и временные диаграммы токоа и напряжений при а0 ( б. |
Трехфазная мостовая схема выпрямления является наиболее распространенной в области средних и больших мощностей.
Схема пятиплечного выпрямителя для получения асимметричного тока. |
Трехфазные мостовые схемы выпрямления характеризуются наилучшими показателями по сравнению с другими схемами преобразования переменного напряжения в постоянное.
Трехфазная мостовая схема выпрямления рис. 2.86 ( схема Ларионова) по сравнению с трехфазной имеет следующие, преимущества: обратное напряжение на вентиле в 2 раза меньше; лучшее использование трансформатора; отсутствие подмагничивания сердечника; меньшая величина пульсации; большая частота пульсации. Недостатком мостовой схемы по сравнению с трехфазной являются: большее количество вентилей; повышенное падение напряжения в вентильном комплекте. При средних и больших мощностях схема используется при работе на нагрузку с индуктивной реакцией. При малых мощностях эта схема иногда работает на нагрузку с емкостной реакцией. Схема применяется также и для питания чисто активной нагрузки.
Трехфазный мосговой выпрямитель ( а и временные диаграммы токов и напряжений при а 0 ( б. |
Трехфазная мостовая схема выпрямления является наиболее распространенной в области средних и больших мощностей.
Трехфазная мостовая схема выпрямления ( рис. 60, а) состоит из трансформатора Т, плести диодов и нагрузки Rd. Сетевая и вентильная обмотки трансформатора могут быть соединены как в треугольник, так и в звезду, как изображено на рис. 60, а. В рассматриваемой схеме в каждый момент времена работают два диода: один из катодной группы и один из анодной. В катодной группе ток проводит тот диод, на аноде которого положительный потенциал в данный момент времени является наибольшим. В анодной группе ток проводит диод, катод которого обладает наиболее отрицательным потенциалом в данный момент времени.
Трехфазная мостовая схема выпрямления ( рис. 6.2, а) наиболее распространена в выпрямителях с падающей и жесткой характеристиками. Схему применяют для работы в комплекте с наиболее простой конструкцией трехфазных трансформаторов. На рис. 6.2, б показаны синусоиды каждой фазы, а на рис. 6.2, в — выпрямленный ток, который приобретает форму, показанную на рисунке. Пульсация его становится ше-стифазной с частотой 300 Гц. Выпрямленный ток имеет жесткую внешнюю характеристику. При увеличении индуктивного сопротивления характеристика получается падающей.
Кольцевая схема выпрямления. |
Трехфазная мостовая схема выпрямления применена для однопостовых выпрямителей с падающей характеристикой ВД-201, ВД-306, ВД-401 на токи 200, 315 и 400 А. Они изготовляются с механическим трансформаторным регулированием и благодаря простоте конструкции, надежности и легкости обслуживания широко применяются на стройках. Изменение диапазонов в этих выпрямителях обеспечивается переключением первичных, а также вторичных обмоток трансформаторов с треугольника на звезду. Плавнее регулирование в пределах диапазона осуществляется путем перемещения катушек вторичной обмотки ходовым винтом.
Трехфазная мостовая схема выпрямления ( рис. 11 а) включает две группы вентилей: анодную В1, 83 и В5 и катодную В2, В4 и В6, имеющие соответственно общий анодный вывод А и общий катодный вывод / С.
Трехфазная мостовая схема выпрямления может быть выполнена на управляемых вентилях в симметричном или несимметричном исполнении. Режимы работы управляемых вентилей определяются формой управляющих воздействий со стороны системы управления.
В трехфазной мостовой схеме выпрямления ( рис. 2.5, в) применяются шесть вентилей, образующих две группы: 3 вен-гиля с общим анодным выводом, а 3 — с общим катодным выводом. Нагрузка присоединяется к этим общим выводам. При активной нагрузке в любой момент времени ток проходит через два вентиля из разных групп. Пульсации выпрямленного напряжения в данной схеме меньше, чем в трехфазной нулевой.
При трехфазной мостовой схеме выпрямления обратное зажигание ртутного или пробой полупроводникового вентиля не сопровождаются подпиткой током от параллельно работающих выпрямителей, так как путей для такой подпитки нет.
Полуволновое выпрямление
Приведенная выше конфигурация однофазного полуволнового выпрямителя пропускает положительную половину формы сигнала переменного тока, причем отрицательная половина исключается. Меняя направление диода, мы можем пропустить отрицательные половины и устранить положительные половины формы сигнала переменного тока. Поэтому на выходе будет серия положительных или отрицательных импульсов.
Таким образом, на подключенную нагрузку не подается напряжение или ток, R L в течение половины каждого цикла. Другими словами, напряжение на сопротивлении нагрузки R L состоит только из половины сигналов, либо положительных, либо отрицательных, поскольку оно работает только в течение половины входного цикла, отсюда и название полуволнового выпрямителя.
Надеемся, что мы видим, что диод позволяет току течь в одном направлении, создавая только выход, который состоит из полупериодов. Эта пульсирующая форма выходного сигнала не только изменяется ВКЛ и ВЫКЛ каждый цикл, но присутствует только в 50% случаев, и при чисто резистивной нагрузке это содержание пульсации высокого напряжения и тока является максимальным.
Этот пульсирующий постоянный ток означает, что эквивалентное значение постоянного тока падает на нагрузочном резисторе, поэтому R L составляет только половину среднего значения синусоидальных сигналов. Поскольку максимальное значение синусоидальной формы сигнала равно 1 (sin (90 o )), среднее значение постоянного тока, полученное для половины синусоиды, определяется как: 0,637 x максимальное значение амплитуды.
Таким образом, во время положительного полупериода A AVE составляет 0,637 * A MAX . Однако, поскольку отрицательные полупериоды удалены из-за выпрямления диодом, среднее значение в течение этого периода будет нулевым.
Среднее значение синусоиды
Таким образом, для полуволнового выпрямителя в 50% случаев среднее значение составляет 0,637 * A MAX, а в 50% случаев — ноль. Если максимальная амплитуда равна 1, среднее значение или эквивалент значения постоянного тока, видимый по сопротивлению нагрузки, R L будет:
Таким образом, соответствующие выражения для среднего значения напряжения или тока для полуволнового выпрямителя задаются как:
V AVE = 0,318 * V MAX
I AVE = 0,318 * I MAX
Обратите внимание, что максимальное значение A MAX — это значение входного сигнала, но мы также могли бы использовать его среднеквадратичное значение или среднеквадратичное значение, чтобы найти эквивалентное выходное значение постоянного тока однофазного полуволнового выпрямителя. Чтобы определить среднее напряжение для полуволнового выпрямителя, мы умножаем среднеквадратичное значение на 0,9 (форм-фактор) и делим произведение на 2, то есть умножаем его на 0,45, получая:
V AVE = 0,45 * V RMS
I AVE = 0,45 * I RMS
Затем мы можем видеть, что схема полуволнового выпрямителя преобразует либо положительные, либо отрицательные половины формы сигнала переменного тока в импульсный выход постоянного тока, который имеет значение 0,318 * A MAX или 0,45 * A RMS, как показано.
Практическое применение
На практике диодный мост имеет довольно широкий спектр применения – это и цифровая техника, блоки питания в персональных компьютерах, ноутбуках, различных устройствах, автомобильных генераторах, питающихся от низкого постоянного напряжения. Помимо этого их можно встретить в системах звуковоспроизведения, измерительной техники, теле- радиовещания, они устанавливаются в ряде различных устройств по всему дому. Для лучшего понимания роли диодного моста в этих приборах мы рассмотрим несколько конкретных схем, в которых он применяется.
Примеры схем с диодным мостом и их описание
Одна из наиболее простых схем с применением диодного моста – это зарядное устройство, применяемое для оборудования, питаемого низким напряжением. Один из таких вариантов рассмотрим на следующем примере
Как видите на рисунке, от понижающего трансформатора Т1 напряжение из переменного 220В преобразуется в переменное на уровне 7 – 9В. После этого пониженное напряжение подается на диодный мост VD, от которого выпрямленное через сглаживающий конденсатор С1 на микросхему КР. От микросхемы выпрямленное напряжение стабилизируется и выдается на клеммы разъема.
На рисунке выше приведен пример схемы карманного фонаря, данная модель подключается к бытовой сети 220В через розетку, что представлено соединением разъема Х1 и Х2. Далее напряжение подается на мост VD, а с него уже на микросхему DA1, которая при наличии входного питания сигнализирует об этом через светодиод HL1. После этого напряжение питания приходит на аккумулятор GB, который заряжается и затем используется в качестве основного источника питания для лампы фонарика.
Здесь представлен пример схемы сварочного агрегата, в котором диодный мост устанавливается сразу после понижающего трансформатора для выпрямления электрического тока. Из-за сложности схемы дальнейшее рассмотрение работы устройства нецелесообразно. Стоит отметить, что существуют и другие устройства с еще более сложным принципом работы – импульсные блоки питания, ШИМ модуляторы, преобразователи и т.д.
Читайте далее:
Диодный мост принцип действия
Принцип работы моста уитстона
Мост уитстона принцип действия
Выпрямительные мосты большой мощности
Прозвонка диодного моста генератора
Однофазная мостовая схема выпрямления
Наибольшее
распространение получила мостовая
схема выпрямления, исследуемая в
данной лабораторной работе (рис.2.1,а).
Из рисунка видно, что выпрямитель
содержит четыре вентиля V1-V4,
включенных
по мостовой схеме. На одну диагональ
моста подается переменное напряжение,
а с другой диагонали моста выпрямленное
напряжение подается .на нагрузку RH.
Каждая
пара диодов (V1;
V4
и V2;
VЗ)
работают
поочередно. Диоды V1;
V4
открыты
в первый полупериод напряжения U2,
когда
потенциал точки А
выше
потенциала точки В.
В
интервале от 0 до Т/2
ток
i2
протекает от точки А
через
вентиль V1,
резистор RH,
вентиль
V4,
точку
В,
источник
U2(обычно
вторичная обмотка трансформатора,
которая на схеме не указана), к точке А.
Во
второй полупериод потенциал точки В
выше,
чем потенциал точки А.
Ток
протекает от точки В
через
вентиль V2,
резистор
Rн
вентиль V3,
источник U2
к точке В.
На
рис. 2.1 приведены временные диаграммы,
поясняющие принцип действия выпрямителя,
выполненного по мостовой схеме.
Среднее
значение выпрямленного напряжения Uопределяют
как среднее за полупериод значение
напряжения U2
где
U2
— действующее
значение напряжения и2
.
Обратное
напряжение прикладывается одновременно
к двум непроводящим диодам на интервале
проводимости двух других диодов. Форма
обратного напряжения для диодов VI,
V4
показана на рис. 2.1,г.
Максимальное обратное напряжение
определяется амплитудным значением
напряжения U2m:
Рис.
2.1. Схема однофазного мостового
выпрямителя (а)
и
его временные диаграммы (б-г)
Как
видно из рис. 2.1,в,
выпрямленное
напряжение имеет пульсирующий
характер. Разложение такой периодической
функции в ряд Фурье показывает, что она
состоит из суммы постоянной составляющей
(U)и
четных гармонических составляющих,
т.е.
Для
оценки качества выпрямленного напряжения
пользуются коэффициентом пульсации
Кп,
который равен отношению амплитудного
значения первой гармоники выпрямленного
напряжения Um1к
постоянной составляющей, равной среднему
значению выпрямленного напряжения
U:
При
мостовой схеме выпрямителя Um1=2/3U,
тогда Kп
=
0,б7,
и коэффициент пульсации можно
вычислить по формуле:
где
т
— числофаз.
Для исследуемого выпрямителя т
= 2:
Для
питания большинства электронных
устройств напряжение такой формы не
обеспечивает нормальную работу, поэтому
пульсации стремятся уменьшить до
заданного уровня. Устройства, с
помощью которых достигается снижение
пульсаций, называют сглаживающими
фильтрами.
В
зависимости от принципа действия и
используемыхэлементов
сглаживающие фильтры разделяют на
активные и пассивные. Простейшимпассивным
фильтром является емкостной фильтр,
исследуемый в данной работе (рис.2).
При
подключении конденсатора параллельно
нагрузке пульсирующий ток распределитсяследующим
образом: переменная составляющая пройдет
через конденсатор, так как онобладает
малым сопротивлением для всех гармоник
тока, а постоянная составляющая — через
Rн.
Коэффициент
пульсации Кпф
в данном случае можно определить по
формуле (рис. 2.3)
Зависимость
среднего значения выпрямленного
напряжения отсреднего
значения тока нагрузки I,
то есть U=f(I)
называютвнешней
характеристикой выпрямителя. Вид внешних
характеристик выпрямителя без фильтра
и с емкостным фильтром показан на рис.
2.4.
Рассмотрим
внешнюю характеристику выпрямителя
без сглаживающего фильтра. Без учета
падений напряжения на элементах
выпрямителя напряжение Uсвязано
с напряжением U2
соотношением U=
0,9
U2.
Для
реального выпрямителя это соотношение
справедливо при токе нагрузки I=
0.
При I
≠ 0 при протекании токов через элементы
выпрямителя (диоды, соединительные
провода, источник U2)
на
них создаются падения напряжения,
вследствие чего выпрямленное напряжение
Uуменьшается
(рис. 2.4). Увеличение тока I
приводит к большим падениям напряжения
на элементах выпрямителя и, соответственно,
к снижению напряжения U.
Поэтому
внешняя характеристика выпрямителя
имеет падающий характер.
Рис.
2.4. Внешние характеристики однофазного
выпрямителя (U=f(I):
1 — без фильтра; 2—с
фильтром
При
наличии емкостного фильтра при холостом
ходе (I
= )конденсатор
заряжается до амплитудного значения
напряжения U2m,
т.е.
U
= √2U2.
При увеличении тока нагрузки I
снижение напряжения
Uсвязано
с более быстрым разрядом конденсатора.
Поэтому наклон внешней характеристики
выпрямителя с емкостным фильтром больше,
чем без фильтра.
Мостовая схема трехфазного выпрямителя (схема Ларионова).
В этой схеме (рис. 6.25) включены 6 диодов, которые выпрямляют как положительные, так и отрицательные полуволны трехфазного напряжения. При этом в любой произвольный момент времени ток проводят два диода, у которых на аноде – наибольшее положительное напряжение, а на катоде – наибольшее отрицательное. Достоинства схемы Ларионова: отсутствие подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током, вдвое меньшее (по сравнению с предыдущей схемой) обратное напряжение, малый коэффициент пульсаций и вдвое увеличенная частота пульсаций (fn = 6fc). Все это позволяет во многих случаях не использовать выходной фильтр. Вот значения основных показателей:
Трехфазный двухполупериодный выпрямитель отличается самыми лучшими показателями по пульсациям выпрямленного напряжения и тока за счет выпрямления обоих полупериодов в каждой фазе. При этом частота пульсаций возрастает в шесть раз по сравнению с частотой первичного источника переменного напряжения, что упрощает процедуру фильтрации выпрямленного напряжения.
При положительном полупериоде напряжения в фазе А ток через диод VD будет протекать не в течение всего полупериода, а только в той его части, когда U2a будет больше и2ъ и U2c, т. е. в течение 1/3 периода (2я/3). Причем с момента открытия диода t и до момента t2 ток нагрузки будет протекать под воздействием линейного напряжения Uab по контуру: точка а – VD – RH – VD5 – точка b, а с момента t2 и до момента t3 ток нагрузки будет протекать под воздействием линейного напряжения Uac по контуру: точка a – VD-RH– VD6 – точка с.
В оставшуюся часть периода (47г/3) диод VD закрыт и к нему приложено обратное напряжение, изменяющееся по закону текущего изменения линейного напряжения Ubc, причем максимальное значение обратного напряжения UбР. щах равно амплитуде линейного напряжения, а по фазе оно совпадает вначале с моментом перехода через нуль напряжения U2c, а затем – напряжения U2h (рис. 6.25, а).
Аналогично будет протекать процесс в фазах В и С (рис. 6.25, б и в).
Для удобства сравнения различных схем выпрямления при определении параметров данного выпрямительного устройства они приводятся к фазным напряжениям вторичной обмотки трансформатора.
Значения параметров трехфазного двухполупериодного выпрямителя:
• среднее значение выпрямленного напряжения:
Рис. 6.25. Мостовая схема трехфазного выпрямителя: а – схема включения; б – напряжение; в – выпрямленный ток
• действующее значение выпрямленного напряжения:
• среднее значение выпрямленного тока:
• действующее значение выпрямленного тока:
• коэффициент преобразования выпрямителя:
• коэффициент формы тока:
• коэффициент пульсации тока нагрузки (отношение действующего значения переменной составляющей выпрямленного тока к его среднему значению):
• коэффициент использования выпрямительного диода VD по напряжению:
• коэффициент эффективности преобразования переменного тока в постоянный (КПД преобразования) – отношение мощности постоянного тока к среднему значению мощности нагрузки:
В табл. 6.2 представлены расчетные значения основных выходных показателей типовых схем выпрямительных устройств для случая синусоидального входного напряжения и активной нагрузки без фильтра.
Физико-технические параметры
Основные параметры выпрямительных диодов базируются на таких значениях:
- максимально допустимом значении разницы потенциалов при выпрямлении тока, при котором устройство не выйдет из строя;
- наибольшем среднем выпрямленном токе;
- наибольшем значении обратного напряжения.
Выпрямители промышленность выпускает с разными физическими характеристиками. Соответственно, устройства имеют разную форму и способ монтажа. Разделяются при этом на три группы:
- Выпрямительные диоды большой мощности. Характеризуются пропускной способностью тока до 400 А и являются высоковольтными. Высоковольтные выпрямительные диоды производятся в корпусах двух видов –штыревом, где корпус герметичный и стеклянный, и таблеточном, где корпус из керамики.
- Выпрямительные диоды средней мощности. Обладают пропускной способность от 300 мА до 10А.
- Выпрямительные диоды малой мощности. Максимально допустимое значение тока – до 300 мА.
Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)
Трехфазная мостовая схема (рис. 1.6, а) обладает наилучшим коэффициентом использования трансформатора по мощности, наименьшим обратным напряжением на диодах и высокой частотой пульсации (шестипульсная) выпрямленного напряжения, что, в некоторых случаях, позволяет использовать эту схему без фильтра. Схема применяется в широком диапазоне выпрямленных напряжений и мощностей.
Схема трехфазного мостового выпрямителя содержит выпрямительный мост из шести вентилей, в котором последовательно соединены две трехфазные группы. В нижней группе вентили соединены катодами (катодная группа), а в верхней – анодами (анодная группа). Нагрузка подключается между точками соединения катодов и анодов вентилей. Схема допускает соединение как первичных, так и вторичных обмоток трансформатора звездой или треугольником.
Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу идеализированного трехфазного мостового выпрямителя на активную нагрузку, представлены на рис. 1.6 (б, в).
Рис. 1.6. Трехфазная мостовая схема выпрямления (схема Ларионова) (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б, в).
Каждая из двух групп выпрямителя повторяет работу трехфазного выпрямителя со средней точкой, поэтому при таком же значении напряжения вторичной обмотки трансформатора
что сокращает число витков вторичных обмоток трансформатора и снижает требования к изоляции.
Максимальное обратное напряжение вентиля данной схемы, как и в трехфазной схеме со средней точкой, равно амплитуде линейного вторичного напряжения. Однако ввиду того, что при том же значении
В схеме трехфазного выпрямителя со средней точкой ток нагрузки создается под действием фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора, а в мостовой схеме – под действием линейного напряжения. Ток нагрузки здесь протекает через два вентиля: один – с наиболее высоким потенциалом анода относительно нулевой точки трансформатора из катодной группы, другой – с наиболее низким потенциалом катода из анодной группы. Иными словами, в проводящем состоянии будут находиться те два накрест лежащих вентиля выпрямительного моста, между которыми действует в проводящем направлении наибольшее линейное напряжение.
За период напряжения питания происходит шесть переключений вентилей и схема работает в шесть тактов, в связи с чем ее часто называют шестипульсной. Таким образом, выпрямленное напряжение имеет шестикратные пульсации, хотя угол проводимости каждого вентиля такой же, как в трехфазной схеме со средней точкой, т.е. 2π/3 (120º). Среднее значение тока вентиля соответственно составляет
Кривая тока вторичной обмотки трансформатора определяется токами двух вентилей, подключенных к данной фазе. Один из вентилей входит в анодную группу, а другой – в катодную. Вторичный ток является переменным с паузой между импульсами длительностью π/3 (60º), когда оба вентиля данной фазы закрыты. Постоянная составляющая во вторичном токе отсутствует, в связи с чем поток вынужденного подмагничивания магнитопровода трансформатора в мостовой схеме не создается.
На базе этой схемы возможно построение 12-ти и 24-х пульсных схем выпрямления, которые используют последовательное и параллельное соединение схем при различном сочетании соединений (“звезда” или “треугольник”) вторичных обмоток трансформатора.
Коэффициент использования трансформатора для различных схем выпрямления при активной нагрузке
Аналогично рассмотренной схеме со средней точкой могут быть определены габаритная мощность и коэффициент использования трансформатора по мощности для любых схем выпрямления при чисто активной нагрузке :
Трехфазные выпрямители. Виды и диаграммы
Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про трехфазные выпрямители, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое
трехфазные выпрямители,выпрямитель , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
трехфазные
Трехфазные выпрямители переменного тока применяют как выпрямители средней и большой мощностей. Существуют два основных типа выпрямителей трехфазного тока: с нейтральным выводом и мостовой.Трехфазный с нейтральным выводом
Рис. 1 Схема трехфазного выпрямителя с нейтральным выводом
На Рисунок 2 представлены временные диаграммы напряжения u2(t) в точках a, b, c, тока через R и VD1, VD2 и VD3.
Ток через резистор по первому закону Кирхгофа равен сумме токов всех трех ветвей с учетом знака (направления) . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Так как токи в каждой фазе по данной схеме при положительных потенциалах в точках a, b, c относительно узла d направлены к узлу d´, то суммарный ток через резистор всегда имеет одно и то же направление. Т.е. имеет место выпрямление тока.
Проведем более детальный анализ выпрямления трехфазного тока, рис. 2.
Рис. 2 Временные диаграммы потенциалов в точках a, b, c – ua(t), ub(t), uc(t); токов через диоды iVD1, iVD2, iVD3 и тока через резистор iR.
В момент t = 0 потенциалы в точках a, c одинаковые. Вследствие этого разность потенциалов на выводах диодов VD1 и VD3 равна нулю и поэтому ток через эти диоды в этот момент равен нулю. Потенциал в точке b относительно потенциалов a и c отрицательный, поэтому на выводах диода VD2 напряжение обратное и ток через VD2 не протекает.
При 0> t > t1 на диодах VD2 и VD3 разность потенциалов соответствует обратному напряжению, т.к. ua(t) > uc(t) > ub(t), а на VD1 – прямому. Поэтому через VD1 и R начинает протекать ток, равный .
Максимум тока через резистор будет наблюдаться в момент времени t = t1. При t = t2 потенциалы в точках a и b выравниваются и ток через диоды VD1 и VD2 прекращается из-за разности потенциалов равной нулю. Ток через VD3 равен нулю вследствие того, что потенциал в точке c отрицательный и напряжение на нем, равное разности потенциалов между точкой c и точками a и b, является обратным.
В интервалах от t2 до t3 и от t3 до t4 аналогичная ситуация складывается для iVD2 и iVD3. Ток через резистор во времени состоит из последовательности токов через диоды VD1, VD2 и VD3.
В трехфазном выпрямителе с нейтральным выводом коэффициент пульсаций p = 0.25.
Среднее значение выпрямленного напряжения и тока определяются следующими выражениями:
Максимальное обратное напряжение на диодах равно разности потенциалов между точками (a-c)-b, (a-b)-c и (b-d)-a в моменты времени t0, t1, . Разность потенциалов в эти моменты времени на диодах соответственно VD1, VD2, VD3 и далее равна:
Выпрямитель этого вида позволяет получать выпрямленный ток до сотен ампер, при этом выпрямленное напряжение достигает нескольких десятков киловольт. Основным недостатком является подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током, снижающее выпрямителя
Трехфазный мостовой выпрямитель
Рис. 3, по всем показателям превосходит трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом. Он используется для преобразования токов и напряжений средней и большой мощности.
Этот выпрямитель содержит мост из шести диодов. В каждую 1/6 часть периода одна из пар диодов находится под действием прямого линейного напряжения, в то время как остальные четыре диода находятся под действием обратного напряжения.
Например, начиная с момента t0 и до момента t1 под прямым напряжением находятся диоды VD1 и VD4, так как фаза а имеет положительный потенциал, открывающий VD1 и закрывающий VD2, а фаза b имеет отрицательный потенциал, открывающий диод VD4 и запирающий VD3. Разность потенциалов фаз a и b в этот период больше разности потенциалов между фазами a и c и b и c, поэтому диоды VD2, VD3, VD5 и VD6 заперты и не пропускают ток.
В следующий период времени от t1 до t2 наибольшее линейное напряжение приходится на фазы a и c. Потенциалом фазы a держит открытым диод VD1 и закрытым VD2, а отрицательный потенциал фазы c открывает диод VD6 и закрывает диод VD5. Остальные диоды закрыты по причине меньшей разности потенциалов между фазами a и b и b и c.
Рис. 3 Трехфазный мостовой выпрямитель
и временные диаграммы выпрямляемого напряжения и токов.
Далее подключается следующая пара диодов и отключаются остальные четыре. Т.е. в соответствующие периоды времени в прямом направлении включаются диоды, на которые подается наибольшее линейное напряжение.
Очевидно, что средние значения тока и напряжения для данной схемы выпрямления наибольшие для рассмотренных схем.