Трехфазные выпрямители. Трехфазные выпрямители являются устройствами средней и большой мощности.

Трехфазные выпрямители являются устройствами средней и большой мощности.

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (рис. 2.1, а) содержит трехфазный трансформатор, 3 вентиля и нагрузку R_н. Вторичная обмотка трансформатора обязательно соединяется звездой. В течение времени с t₁ до t₂ u_2A>0. Вентиль VD1 открыт, ток проходит только через вторичную обмотку фазы A и VD1. 1. Величина этого тока

.

Вследствие протекания тока потенциал катода VD1 будет равен потенциалу его анода, то есть . Так как катоды вентилей всех фаз объединены, то потенциалы катодов VD2 и VD3 тоже будут равны . Поэтому пока < , < , вентили VD2 и VD3 заперты. В момент t₂ = , вентиль VD2 открывается и пропускает ток, направление которого в нагрузке совпадает с направлением тока в предыдущую треть периода. К вентилю VD1 приложено отрицательное напряжение ( - ) и он заперт. Точно также в момент t₃ проводящим становится вентиль VD3, а VD1 и VD2 закрыты. Открыт тот вентиль, анод которого находится под наиболее положительным потенциалом.

Вентиль открывается на 1/3 периода. В это время напряжение на нем равно нулю (u_а1=0 на VD1 в первую треть периода). В остальные 2/3 периода напряжение на аноде определяется потенциалом этой фазы, а на катоде - потенциалом фаз проводящих вентилей, то есть

u_а1= u_2A-u_2B( открытVD2);

u_а1= u_2A-u_2С ( открыт VD3).

Рис.2.1. Трёхфазная схема выпрямления с нулевым выводом (а)

и временные диаграммы при активной нагрузке (б)

Максимальное обратное напряжение равно амплитуде линейного напряжения:

.

Среднее значение выпрямленного напряжения (постоянная составляющая):

.

Форма тока во вторичной обмотке трансформатора совпадает с формой тока вентиля. Ток в первичной обмотке имеет ту же форму, но без постоянной составляющей. Частота пульсаций в 3 раза выше частоты сети, а коэффициент пульсаций

,

где m – отношение частоты пульсаций основной гармоники к частоте сети.

Основным недостатком трехфазной схемы является наличие потока вынужденного намагничивания трансформатора, создаваемого протекающей через вторичную обмотку нескомпенсированной постоянной составляющей. Поэтому типовая мощность трансформатора в 1,35 раз выше мощности P₀, выделяемой в нагрузке.

Рис.2.2. Трехфазная мостовая схема выпрямления (а) и временные диаграммы при активной нагрузке (б)

Обмотки трансформатора могут быть соединены в звезду или в треугольник. Все вентили работают попарно: один из анодной группы и один из катодной. В катодной группе ток проводит тот вентиль, анодное напряжение которого больше, а в анодной - тот, который имеет наиболее отрицательный потенциал на катоде. На схеме направление тока показано для момента t.

Смена пар вентилей происходит через 1/6 периода. Ток через нагрузку течет в одном направлении. Положительные полуволны синусоиды выпрямляются вентилями катодной группы, а отрицательные полуволны - вентилями анодной группы. В результате к нагрузке оказывается приложенной сумма выпрямленных напряжений анодной и катодной групп.

Мгновенные значения напряжений этой суммы представляют разность фазных напряжений, то есть линейное напряжение чередующихся фаз вторичной обмотки. Поэтому ток в нагрузке с момента t₁ до t₂

(VD2 и VD3 открыты);

(VD2 и VD5 открыты).

Происходит выпрямление линейного напряжения, а среднее значение выпрямленного напряжения

,

что в два раза больше, чем в трехфазной схеме с нулевым выводом.

В непроводящие 2/3 периода к вентилю приложено обратное напряжение, форма и величина которого такая же, как в трехфазной схеме с нулевым выводом, однако по отношению к величине выпрямленного напряжения U_обрmax в два раза меньше:

.

Токи вторичной и первичной обмоток не содержат постоянной составляющей, поэтому типовая мощность трансформатора меньше:

.

Частота основной гармоники f_0г = 6f_c, а коэффициент пульсаций

.

Таким образом, преимущества трехфазной мостовой схемы следующие:

1) меньшая типовая мощность трансформатора;

2) высокая частота пульсаций и малый коэффициент пульсаций;

3) хорошее использование вентилей по напряжению(U_обрmax=U₀);

4) высокое выпрямленное напряжение.

К недостаткам схемы следует отнести наличие шести вентилей вместо трех. Для сглаживания пульсаций в мощных выпрямителях обычно применяются индуктивные фильтры (см. раздел "Однофазные выпрямители" к лабораторной работе №3).