Трехфазные выпрямители

Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом (рис.2.1.4) содержит трехфазный трансформатор, три вентиля и нагрузку R_H. Вторичная обмотка обязательно соединяется звездой.

Рассмотрим работу схемы. На рисунке изображена трехфазная система напряжений вторичных обмоток трансформатора. В момент t, когда положительно, а и отрицательны, ток будет проходить только через вторичную обмотку и VD1. Мгновенное значение этого тока:

. (2.1.26)

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 напряжение фаз В и С меньше напряжения , вентили VD2 и VD3 не будут и проводить ток. В момент t₂ вентиль VD 2 начинает проводить ток, направление которого в нагрузке совпадает с направлением тока в предыдущую треть периода. К VD1 оказывается приложенным отрицательное напряжение ( ) и он заперт. Точно также в момент t₃проводящим становится VD3, а VD2 заперт. Всегда работает тот вентиль, анод которого находится под наиболее положительным потенциалом. Вентиль пропускает ток 1/3 периода. Токи вентилей складываются в ток нагрузки . Напряжение на вентиле в проводящую часть периода равно нулю. В остальное время (2/3 периода) напряжение на аноде определяется потенциалом этой фазы, а на катоде - потенциалом фаз проводящих вентилей, то есть

(ток проводит )

(ток проводит ).

Максимальное обратное напряжение на вентиле равно амплитуде линейного напряжения:

. (2.1.27)

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения:

. (2.1.28)

Максимальный ток диода:

. (2.1.29)

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. Коэффициент пульсации:

. (2.1.30)

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

. (2.1.31)

Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)содержит шесть вентилей, которые в схеме объединены в две группы: анодную (VD1, VD3, VD5) и катодную (VD2, VD4, VD6). Обмотки трансформатора могут быть соединены звездой или треугольником. 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 для момента t показано направление тока. Смена пар вентилей происходит через 1/6 периода. Ток через нагрузку течет в одном направлении:

( VD2 и VD3 вентили открыты)

(VD2 и VD5 вентили открыты).

Среднее значение тока в вентиле

Положительные полуволны синусоиды выпрямляются вентилями катодной группы, так как это направление напряжения является для них проводящим. Отрицательные полуволны выпрямляются 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. Происходит выпрямление линейного напряжения, поэтому больше.

б)

а)

Рис.2.1.6. Трехфазная мостовая схема выпрямления (а) и диаграммы поясняющие ее работу (б)

Среднее значение выпрямленного напряжения:

(2.1.33)

Величина в два раза выше, чем в однотактной трехфазной схеме. Максимальное обратное напряжение, как и в однотактной трехфазной схеме, равно амплитуде линейного напряжения:

. (2.1.34)

Ток вторичной обмотки переменный, поэтому нет потока вынужденного намагничивания трансформатора. Частота основной гармоники ; , а коэффициент пульсаций: