Схема трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя

Схема трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя

Схема трехфазного мостового выпрямителя (схема Ларионова) и временные диаграммы, характеризующие ее работу, показаны на рис. 4.2. В этой схеме последовательно соединены две трехфазные выпрямительные группы, каждая из которых повторяет работы трехфазного нулевого выпрямителя.

Рис. 4.2. Схема трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя (а) и временные диаграммы выпрямителя при L → ∞, (б – и)

Вентили схемы образуют две группы: катодную, с общей точкой соединения катодов (вентили 1,3,5) и анодную, с общей точкой соединения анодов (вентили 2,4,6). Нагрузка подключена между точками соединения катодов и анодов вентилей.

Анализ работы схемы проводится при RL-нагрузке, наиболее распространенной на практике. Приняв потенциал общей точки звезды вторичной обмотки трансформатора за нуль, можно считать, что напряжение на нагрузке есть сумма двух 3-х фазных нулевых схем выпрямления, собранных на вентилях катодной и анодной групп

где φd(+) – потенциал катодов вентилей катодной группы;

φd(-) – потенциал анодов анодной группы вентилей.

Из сказанного следует, что в отличие от нулевой схемы, где ток нагрузки создается под действием фазного напряжения, в мостовой схеме ток создается под действием линейного напряжения.

Обратимся к схеме. Ток нагрузки протекает через два вентиля, один из которых расположен в катодной группе, а другой – в анодной группе. Контур тока нагрузки при открытых вентилях 1 и 6 показан на рис 4.2,а. В катодной группе открыт тот вентиль, напряжение анода которого при положительной полярности относительно нулевой точки (т.е. фазное напряжение) будет наибольшим. В анодной группе открыт вентиль, фазное напряжение которого при отрицательной полярности наибольшее. Таким образом, в проводящем состоянии находятся те два накрест лежащих вентиля, между которыми действует в проводящем направлении наибольшее линейное напряжение. Например, на интервале υ1 – υ2 открыты вентили 6 и 1; на интервале υ2 – υ3 – 1 и 2; на интервале υ3 – υ4 – 2 и 4 и т.д. Интервал проводимости каждого вентиля (в катодной и анодной группе) равен Ψ = 2π /3, а интервал совместной работы двух вентилей составляет Ψ1 = π /3. Таким образом, за период напряжения питающей сети происходит шесть переключений вентилей, в связи с чем схему называют шестипульсной.

Определим основные соотношения для данной схемы. Разность потенциалов φd(+) и φd(-) определяет напряжение на нагрузке. Кривая φd(+)формируется из участков фазных напряжений положительной полярности катодной группы вентилей, а кривая φd(-) – из участков фазных напряжений отрицательной полярности анодной группы вентилей (рис. 4.2,б). Кривая ud состоит из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора. Среднее значение выпрямленного напряжения Ud определяют по среднему напряжению ud за период его повторяемости, равный π /3

Ud = . (4.12)

Напряжение Ud в мостовой схеме в два раза больше чем в нулевой схеме, поскольку на нагрузке суммируются напряжения двух нулевых выпрямителей. Очевидно, в этом случае требуется вдвое меньшее напряжение U2, равное

U2 = . (4.13)

В мостовой схеме значительно снижается коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения по первой гармонике и увеличивается частота пульсаций. При m = 6 получим:

q1 = 0,057; f(п)1 = mfс = 6×50 = 300 Гц.

Читайте также:  Почему лед лампа моргает

Среднее и максимальное значение анодного тока в вентиле определяется равенством (4.3).

При проводящем состоянии двух вентилей схемы, другие четыре вентиля находятся в закрытом состоянии. Кривая обратного напряжения строится также как и для трехфазной нулевой схемы и состоит из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора (рис. 4.2, и). Максимальное (амплитудное) значение обратного напряжения, как и в нулевой схеме, равно Ubmax = . Однако соотношения между Ubmax и Ud в мостовой схеме другие, поэтому максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентилю в закрытом состоянии, в мостовой схеме меньшее

Ubmax = 1,045Ud. (4.14)

В соответствии с (4.14) вентили в трехфазном мостовом выпрямителе выбирают на напряжение приблизительно равное Ud.

Для расчета трансформатора определяют действующие значения вторичного тока I2 и первичного – I1 (рис.4.2,з). Ток вторичной обмотки трансформатора, определяется токами двух вентилей, подключенных к каждой фазе. Например, ток ι состоит из токов вентилей 1 и 4. Вторичный ток является переменным, имеет форму прямоугольных импульсов с амплитудой Id и паузой между импульсами, равной π / 3. Постоянная составляющая в токе ι2 отсутствует, поэтому вынужденное подмагничивание магнитопровода трансформатора в мостовой схеме также отсутствует.Токи I1 и I2 определяют из следующих соотношений

I2 = , (4.15)

I1 = . (4.16)

В мостовой схеме расчетные мощности первичных и вторичных обмоток и типовая мощность трансформатора равны:

S1 = S2 = Sт = 3 (4.17)

Из (4.17) следует, что трансформатор для трехфазного мостового выпрямителя выбирают на мощность близкую к мощности нагрузки, что также является преимуществом этой схемы.

При сравнении рассматриваемой схемы с трехфазной нулевой схемой, очевидны преимущества мостового трехфазного выпрямителя:

— большее среднее значение выпрямленного напряжения по отношению к фазному напряжению вторичной обмотки трансформатора;

— высокий показатель использования диодов по обратному напряжению ( — мостовая схема, — нулевая схема);

— меньшее значение коэффициента пульсаций мгновенного значения выпрямленного напряжения (q1 = 5,7% — мостовая схема; q1 = 25% — нулевая схема);

— лучшее использование трансформатора, т.е. типовая мощность меньше чем в нулевой схеме;

— отсутствие потока вынужденного подмагничивания.

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-01; Нарушение авторского права страницы

Если для маломощных схем постоянного тока применяют однотактные или мостовые однофазные выпрямители, то для питания более мощных нагрузок необходимы порой выпрямители трехфазные.

Трехфазные выпрямители позволяют получать большие величины постоянных токов с малыми уровнями пульсаций выходного напряжения, что сказывается на снижении требований к характеристикам сглаживающего выходного фильтра. Итак, для начала рассмотрим однотактный трехфазный выпрямитель, изображенный на рисунке ниже:

В приведенной на рисунке однотактной схеме к выводам вторичных обмоток трехфазного трансформатора подключены всего три выпрямительных диода. Нагрузка присоединена к цепи между общей точкой, в которой сходятся катоды диодов, и общим выводом трех вторичных обмоток трансформатора.

Давайте теперь рассмотрим временные диаграммы токов и напряжений, имеющих место во вторичных обмотках трансформатора и на одном из диодов трехфазного однотактного выпрямителя:

Некоторым устройствам постоянного тока требуется большее напряжение питания, чем может дать однотактная схема, приведенная выше. Поэтому в некоторых случаях больше подходит схема трехфазного двухтактного выпрямителя. Принципиальная его схема приведена на рисунке ниже. Как мы уже отмечали, требования к фильтру снижаются, вы сможете увидеть это по диаграммам. Данная схема известна как трехфазный мостовой выпрямитель Ларионова:

Читайте также:  Электродвигатель аир 112 мв6

Взгляните теперь на диаграммы и сравните их с однотактной схемой. Выходное напряжение в мостовой схеме легко представляется в виде суммы напряжений как бы двух однотактных выпрямителей, работающих в противоположных фазах. Напряжение Ud = Ud1+Ud2. Количество фаз на выходе очевидно больше и частота пульсаций сети больше.

В данном конкретном случае — шесть фаз постоянного напряжения вместо трех, которые были в однотактной схеме. Вот почему требования к сглаживающему фильтру снижаются, и в некоторых случаях без него можно полностью обойтись.

Три фазы обмоток вкупе с двумя полупериодами выпрямления дают основную частоту пульсаций равную шестикратной частоте сети (6*50 = 300). Это видно по диаграммам напряжений и токов.

Мостовое включение можно рассмотреть как объединение двух однотактных трехфазных схем с нулевой точкой, причем диоды 1, 3 и 5 — это катодная группа диодов, а диоды 2, 4 и 6 — анодная группа. Два трансформатора будто бы объединены в один. В каждый момент прохождения тока через диоды — в процессе участвуют одновременно два диода — по одному из каждой группы.

Открывается катодный диод, к которому приложен более высокий потенциал относительно анодов противоположной группы диодов, и в анодной группе открывается именно тот из диодов, потенциал к которому приложен более низкий по отношению к катодам диодов катодной группы.

Переход рабочих промежутков времени между диодами происходит в моменты естественной коммутации, диоды работают по порядку. В итоге потенциал общих катодов и общих анодов может быть измерен по верхней и нижней огибающим графиков фазных напряжений (см. диаграммы).

Мгновенные значения выпрямленных напряжений равны разности потенциалов катодной и анодной групп диодов, то есть сумме ординат на диаграмме между огибающими. Выпрямленный ток вторичных обмоток показан на диаграмме для активной нагрузки.

Таким же образом можно получить от трехфазного трансформатора более шести фаз постоянного напряжения: девять, двенадцать, восемнадцать и даже больше. Чем больше фаз (чем больше пар диодов) в выпрямителе, тем меньше уровень выходных пульсаций напряжения. Вот, взгляните на схему с 12 диодами:

Здесь трехфазный трансформатор содержит две трехфазные вторичные обмотки, причем одна из групп объединена в схему «треугольник», вторая — в «звезду». Количества витков в обмотках групп отличаются в 1,73 раза, что позволяет получить со «звезды» и с «треугольника» одинаковые величины напряжения.

В данном случае сдвиг фаз напряжений в этих двух группах вторичных обмоток относительно друг друга получается равен 30°. Поскольку выпрямители включены последовательно, то выходное напряжение суммируется, и на нагрузке частота пульсаций оказывается теперь в 12 раз большей по отношению к сетевой частоте, при этом уровень пульсаций получается меньшим.

При рассмотрении схем выпрямления принимаем потери в диодах и трансформаторе равными нулю, а нагрузку — чисто активной.

Однофазный мостовой (двухполупериодный) выпрямитель

Схема позволяет получить двухполупериодное выпрямление. Она содержит трансформатор и четыре диода, два из которых, соединяясь анодами, образуют общий минус выпрямителя, а два другие, соединяясь катодами, образуют общий плюс выпрямителя. На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений цепей.

Читайте также:  Небольшой но теплый дом

На интервале от 0 до  фазное напряжение (U2) имеет положительное значение. При этом диоды VD1 и VD4 находятся в открытом состоянии, и положительная полуволна напряжения U2 проходит в нагрузку. В момент смены полярности U2 происходит перекоммутация вентилей (коммутируются VD3, VD2).

Достоинства однофазного мостового выпрямителя:

высокое значение коэффициента выпрямления К, малый уровень пульсации напряжения (низкое значение Кп) по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления.

по сравнению со схемой «со средней точкой трансформатора» (двухполупериодной, однофазной) в схеме обеспечивается лучшее использование трансформатора и уровень обратного напряжения имеет меньшее значение.

Недостатки: коммутация двух вентилей в каждый момент времени приводит к увеличению потерь в звене выпрямителя, что нежелательно при больших токах. Наличие двух групп вентилей не позволяет размещать их на одном радиаторе без изоляции.

Получим основные соотношения для данной схемы выпрямления:

— т.к. ток через диод протекает в течение полупериода.

, где Рmp – габаритная мощность трансформатора.

Схема с нулевым выводом (двухфазная однотактная)

Схема выпрямителя представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей, работающих на общую нагрузку.

На рисунке представлены графики токов и напряжений в различных точках схемы.

На интервале времени [0;] потенциал точки а – положительный, а точки б – отрицательный, поэтому диод VD1 – открыт и через него протекает ток. Напряжение, снимаемое с верхней обмотки трансформатора прикладывается к нагрузке. В момент  происходит перекоммутация с VD1 на VD2, т.к. отрицательный потенциал прикладывается к катоду VD2. Таким образом, через нагрузку ток протекает в одном и том же направлении в течение всего периода.

Достоинства этой схемы выпрямления: за счет малого числа коммутируемых элементов уменьшаются потери в выпрямительном звене, что позволяет использовать схему при высоком токе нагрузки. Существует возможность размещения полупроводников на одном радиаторе без изоляции.

Недостатки схемы: при запирании диода за счет наведения ЭДС с работающей полуобмотки в неработающую происходит удвоение напряжения, прикладываемого к диоду в закрытом состоянии. Это не позволяет использовать схему при высоких уровнях выпрямленного напряжения. Кроме того, на каждом такте участвует в работе только одна из полуобмоток, что ухудшает использование трансформатора. С точки зрения качественных показателей (Кп) данная схема не отличается от однофазной мостовой схемы выпрямления.

Основные соотношениядля схемы выпрямителя:

.

Под габаритной мощностью трансформатора понимаем полусумму мощностей всех обмоток трансформатора, поэтому с учетом 2-х полуобмоток трансформатора в уравнение для Pmр во втором слагаемом появляется множитель, равный 2. Ток Iа протекает в течение одного полупериода и имеет синусоидальную форму, поэтому дополнительно появляется множитель, равный (поскольку ). В однофазной мостовой схеме выпрямителя Kтр = 1,23, что используется в уравнение для Pтр. Тогда, для схемы со средней точкой имеем

Ссылка на основную публикацию
Схема подключения конденсатора к электродвигателю 380в
Асинхронные трехфазные двигатели, а именно их, из-за широкого распространения, часто приходится использовать, состоят из неподвижного статора и подвижного ротора. В...
Сушить штукатурку тепловой пушкой
Капитальный ремонт невозможен без отделочных работ. Штукатурка требуется для выравнивания поверхности, звуко- и теплоизоляции, а также для декора интерьера. Изначально...
Сушка для кухонного шкафчика
Сушильный шкаф для посуды давно и прочно является неотъемлемой частью любого кухонного гарнитура. Сушилка для посуды в шкаф может быть...
Схема подключения люстры на одноклавишный выключатель
В бытовых сетях для освещения помещений используются различные устройства: софиты, люстры, светодиодные ленты. Большинство осветительных приборов подключаются к электрической сети...
Adblock detector