Трехфазные неуправляемые выпрямители

В схемах трехфазных неуправляемых выпрямителей использу­ются группы диодов, соединенных катодами или анодами. Прежде чем рассматривать принцип действия выпрямителей, сформули­руем два правила о работе диодов, объединенных в группу.

Первое правило: в группе диодов, соединенных катодами, ток проходит только через диод, напряжение на аноде которого положительно и превышает анодные напряжения других диодов; остальные диоды закрыты. В этом можно убедиться на примере схемы, приведенной на рис. 4.10,а. В соответствии с правилом будет открыт диод V₂, и если пренебречь падением напряжения на открытом V₂, то к нагрузке R_n приложено напряжение u = 200 В. Тогда напряжение на V₁ будет равно 150 —200 = —50 В, а на V₃ —100 —200 = —300 В, и так как напряжения отрица­тельны, тоV₁ и V₃ действительно будут закрыты.

Второе правило: в группе диодов, соединенных анодами, ток проходит только через диод, напряжение на катоде которого отрицательно и меньше напряжений на катодах других диодов; остальные диоды закрыты. В соответствии со вторым правилом при напряжениях, показанных на рис. 4.10, б, будет открыт диод V₃ .

Рис. 4.10. Группы диодов, соединенных катодами (а) и анодами (б)

Рис. 4.11. Схема (а) и временные диаграммы токов и напряжений (б-е) трехвазного неуправляемого выпрямителя с нулевым выводом при работе выпрямителя на активную нагрузку

Выпрямитель с нулевым выводом. Первичная обмотка трехфаз­ного трансформатора (рис. 4.11, а), входящего в состав выпрями­теля с нулевым выводом, может быть соединена треугольником или звездой, а вторичная обмотка - звездой. К выводам вторичной обмотки присоединены аноды диодов V₁— V₃,, соединенных ка­тодами. Нагрузка выпрямителя R_нподключена между катодами диодов и нулевым выводом вторичной обмотки.

При подаче на первичную обмотку трехфазного напряжения на фазах вторичной обмотки ω_га, ω_2bи ω_2c возбуждаются напря­жения u_2a, u_2b, u_2c, временные диаграммы которых показаны на рис. 4.11, б. Эти напряжения приложены к анодам диодов относи­тельно нулевого вывода трансформатора. В пределах ωt₁ =π/6 < ωt < ωt₂ = 5π/6 на аноде диода V₁ напряжение и_2а положительно и превышает анодные напряжения других диодов. Значит, будет открыт V₁, а V₂ иV₃ закрыты. Ток проходит по контуру ω_2a - V₁ -R_H. Напряжение на нагрузке и =u_2а, а ток нагрузкиi = u2a/R_H (рис. 9.11, в, г).

В пределах ωt<ωt₂<ωt₃ открыт диод V₂, так как на аноде V₂ наибольшее положительное напряжение по сравнению с на­пряжениями на V₁ и Vз. Напряжение на нагрузке u = u_2b,

В пределах ωt₃<ωt<ωt₄ открыт диод V_3, u=u_2c, i = u_2b/R_H

В течение следующего интервала вновь открыт V₁ затем V₂ и т. д.

Диоды выпрямителя открываются поочередно на треть пери­ода, и выпрямленное напряжение (рис. 4.11, в) составляют уча­стки фазных напряжений u_2a, u_2b, u_2c. Период изменения выпрям­ленного напряжения в три раза меньше периода изменения на­пряжения сети и равен 2π/3. Среднее выпрямленное напряжение

(4.16)

где U₂ — действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения для трех­фазного выпрямителя с нулевым выводом K_п = 0,25, частота пер­вой гармоники пульсаций в три раза превышает частоту сети.

Форма тока через активную нагрузку R_H (рис. 4.11, г) совпа­дает с формой выпрямленного напряжения.

Форма токов в фазах вторичной обмотки трансформатора и через диоды одинакова. На рис. 9.11,д показан ток i_2a, протекаю­щий через фазу ω_2a и диод V₁. В пределах ωt₁<wt < wt₂, ωt₄<ωt <ωt₅и т. д. диод V₁ открыт, и ток i_2a равен току нагрузки i.

Если V₁ закрыт, то i_2a = 0. Токи i_2b и i_2c имеют такую же форму, как i_2a, но сдвинуты по фазе относительно i_2a на 2π/3 и 4π/3 со­ответственно.

Напряжение u_V1 на диоде V₁ на интервалах, когда V₁ открыт, равно нулю (рис. 4.11, е). В пределах ωt₂<ωt<ωt₃ диод V₁ закрыт, а V₂ открыт. Напряжение u_V1 можно найти из контураw_2a - V₁ – V₂ – ω_2b: u_V1 = u_2a – u_2b = u_ab. В пределах ωt₂<ωt<ωt₃ диод V₁ закрыт, а V₂ открыт. Напряжение u_V1 можно найти из контура w_2a - V₁ – V₂ – ω_2b: u_V1 = u_2a – u_2b = u_ab. В пределах ωt₂<ωt<ωt₄ открыт диод Vз, и из контура ω_2а— V₁— V₂—ω_2c получим u_V1 = u_2а —u_2c=- и_са. Аналогичным образом изменяются u_V2 и и_v3. Значит, к закрытым диодам приложено обратное линейное на­пряжение, амплитуда которого в √3 раз превышает амплитуду напряжения на фазе вторичной обмотки:

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом обеспечивает неплохое качество выпрямленного напряжения, но имеет сущест­венный недостаток. Токи в фазах вторичной обмотки трансформа­тора содержат постоянную составляющую, которая создает в сер­дечнике трансформатора постоянный магнитный поток подмагничивания, вызывающий насыщение сердечника. Вследствие этого для трехфазного выпрямителя с нулевым выводом приходится вы­бирать трансформатор большей, чем расчетная, мощности. Приме­няются трехфазные выпрямители с нулевым выводом при мало­мощных нагрузках, когда увеличение массогабаритных показате­лей выпрямителя не имеет особого значения.