7.1.3. Трехфазные выпрямители

Многофазное, в частности трехфазное, выпрямление дает возможность значительно уменьшить пульсации выпрямленного напряжения. Трехфазные выпрямители применяются как выпрямители средней и большой мощности. Существует два основных типа трехфазных выпрямителей:

– выпрямители с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора (рис. 61, а),

– выпрямители мостовые (рис. 61, б).

Выпрямитель первого типа состоит из трехфазного трансформатора Т, обмотки которого соединены звездой, трех диодов VD₁, VD₂, VD₃, включенных в каждую фазу трансформатора, и нагрузочного резистора R_Н. Диоды работают поочередно, каждый в течение трети периода, когда потенциал начала одной из фаз обмоток (например, a) более положителен, чем двух других (b и c).

Выпрямленный ток создается токами каждого диода, имеет одно и то же направление и равен сумме выпрямленных токов каждой из фаз

i_н = i_a + i_b + i_c.

Коэффициент пульсации этих выпрямителей еще ниже (подсчет коэффициента пульсаций дает значение К_П = 0,25), а средняя составляющая выпрямленного тока и напряжения значительно выше.

Выпрямитель второго типа (схема Ларионова) содержит мост из шести диодов.

Диоды VD₁, VD₃, VD₅ образуют одну группу, в которой соединены все катодные выводы, а диоды

VD₂, VD₄, VD₆ – другую, в которой соединены все анодные выводы. Общая точка первой группы образует положительный полюс на нагрузочном реостате R_Н, а общая точка второй группы – отрицательный полюс. В каждый момент времени ток в нагрузочном резисторе R_Н и в двух диодах появляется тогда, когда к этим диодам приложено наибольшее напряжение.

Таким образом, в каждый данный момент времени работает тот диод первой группы, у которого анодный вывод имеет наибольший положительный потенциал относительно потенциала нулевой точки, а вместе с ним – диод второй группы, у которого катодный вывод имеет наибольший по абсолютному значению отрицательный потенциал относительно потенциала этой же нулевой точки.

Пульсации выпрямленного напряжения в этом выпрямителе еще меньше, чем в предыдущем (подсчет дает значение К_П = 0,057), а КПД значительно выше, так как в нем нет подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током.

Временные диаграммы, представленные на рис. 62 наглядно иллюстрируют порядок переключения диодов в обеих схемах трехфазных выпрямителей, а также показывают формы кривых выпрямленных значений напряжения и тока.

На рис. 62, а представлены синусоиды трехфазного переменного напряжения, сдвинутые по фазе друг относительно друга на одну треть периода (2/3), питающие первичную обмотку трансформатора.

Для идеального трансформатора токи вторичных обмоток i_a, i_b, i_c представляют собой три последовательности импульсов, длительностью T/3 и амплитудой I_m = U_m / R_н каждая, сдвинутые относительно друг друга на 1/3 периода, ток нагрузки i_н = i_a + i

b + i_c имеет постоянную составляющую I₀, а выпрямленное напряжение, имеющее постоянную составляющую U₀, равно сумме положительных полуволн напряжений вторичных обмоток  u_н = R_нi_н.

Работу мостового выпрямителя иллюстрируют совмещенные по времени кривые токов диодов первой группы i₁, i₃, i₅, (рис. 62, б), токов диодов второй группы i₂, i₄, i₆ и тока нагрузки i_н = i

₁+i₃+i₅ = = i₂+i₄+i₆, а также выпрямленного напряжения u_н = R_н i_н.

Максимальное значение выпрямленного напряжения равно амплитуде синусоидального линейного напряжения трехфазного источника , а максимальное значение выпрямленного тока

.

В мостовом выпрямителе на каждых двух фазах, в которых диоды оказываются открытыми, осуществляется двухполупериодное выпрямление, каждый импульс имеет длительность T/6, в отличие от выпрямителя (рис.

62, а), где между каждой фазой с открытым диодом и нулевым выводом осуществляется однополупериодное выпрямление.

Мощность многофазных выпрямителей обычно – от десятков до сотен киловатт и больше при токах до 100 000 А, коэффициент полезного действия достигает 98 %.

5.2. Трехфазные выпрямители

В трехфазном однотактном выпрямителе с активной на­грузкой вентили работают поочередно по 2π/3 периода каждый, если не учитывать влияния на процесс коммутации вентилей индуктивных сопротивлений рассеяния обмоток трансформатора. В каждый заданный момент време­ни работает вентиль фазы, напряжение которой является наи­большим, так как катоды всех трех вентилей имеют одинако­вый потенциал, практически равный потенциалу анода откры­того вентиля (падением напряжения на вентиле пренебрегаем), по отношению к которому потенциалы анодов двух других вен­тилей отрицательны (рис. 5.2,

а).

Точки а, b, с (см. рис. 5.2, б) называют точками естественной коммутации, в них происходит смена проводящих ток венти­лей.

В промежутке времени от а до б работает вентиль V1 фа­зы а, так как напряжение фазы U

а при этом наиболее положительно; в промежутке bс работает вентиль V2 фазы b, так как напряжение U_в становится наиболее положительным, и т. д.

Таким образом, каждый вентиль в условиях естественной коммутации работает в течение 2π/3, или в течение одной трети каждого периода выпрямленного тока.

Среднее значение выпрямленного напряжения:

. (5.1)

Коэффициент пульсации:

g= 2/ (km)² -1 =0,25. (5.2)

Однотактные трехфазные выпрямители применяют в вы­прямителях средней мощности.

Двухтактный трехфазный выпрямитель, в отличие от однотактного трехфазного выпрямителя, у которого вторичные об­мотки трансформатора можно соединять только в звезду, поз­воляет соединять обмотки трансформатора как в звезду, так и в треугольник.

Рис. 5.2. Принципиальная схема (а) и временные диаграммы (б) трехфазно­го однотактного выпрямителя при работе на активную нагрузку

Это значит, что с помощью одного силового трансформатора, переключая вторичные обмотки со звезды на треугольник, можно получить два выпрямленных напряжения, отличающихся в 1,7 раз (рис. 5.3,

а, б). Каждый вентиль работает в течение одной трети каждого периода, но, поскольку четные и нечетные вентили переключаются со сдвигом по фазе, то смена пар вентилей происходит каждую шестую долю периода.

Рис. 5.3. Принципиальная схема (а), временные диаграммы (б) двухтактного трехфазно­го выпрямителя по мостовой схеме Ларионова и принципиальная схема (в), временные диаграммы выпрямителя с уравнительным реактором

При работе выпрямителя на активную нагрузку выпрямлен­ное напряжение

, (5.

3)

где U_2Л — линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора; U_2ф— фазное напряжение вторичной обмотки.

Число фаз выпрямления т = 6, поэтому коэффициент пуль­сации 

m = 2 (σ² — 1) =0,057.

Обратное напряжение U_обр = 1,045 U₀.

Среднее значение тока через вентиль I_ср=I

₀/3.

Полная мощность трансформатора P_тр=1,05Р₀.

По всем показателям схема Ларионова превосходит рас­смотренные ранее схемы выпрямления, поэтому она является одной из основных схем для выпрямителей большой мощности.

Для мощных выпрямителей необходимо учитывать индук­тивное сопротивление рассеяния Х_L, которое вызывает уменьше­ние выпрямленного напряжения за счет длительности коммута­ции у, что следует учитывать при проекти­ровании выпрямителей по схеме Ларионова и выбирать для нее силовой трансформатор с возможно меньшим индуктивным сопротивлением рассеяния X_L.

Рассмотрим схему с уравнительным реактором. В ней число фаз выпрямления, так же, как и в схеме Ларионова, m = 6. Схема выпрямителя приведена на рис. 5.3, в. Она представ­ляет собой два трехфазных выпрямителя со средней точкой, работающих параллельно через уравнительный реактор УР на общую нагрузку. Питание схемы осуществляется через трех обмоточный транс­форматор, на каждом стержне которого расположено по две одинаковые вторичные обмотки. При этом в выпрямителе 1 вторичные обмотки подключены к анодам вентилей началами, а в выпрямителе 2 обмотки подключены к анодам вентилей концами. В результате соответствующие фазные напряжения двух вторичных обмоток трансформатора смещены относитель­но друг друга на 180°.

Уравнительный реактор представляет собой катушку с замк­нутым магнитопроводом, имеющую две обмотки (рис. 5.3, в).

Схема с уравнительным реактором имеет ряд достоинств по сравнению с мостовой схемой:

— вдвое меньше среднее значение тока вентилей и меньше его действующее значение;

— более высокий КПД при малых значениях выходных на­пряжений, так как ток протекает последовательно только че­рез один вентиль;

— удобное охлаждение вентилей, которые могут быть установ­лены на один общий охладитель.

Из временной диаграммы видно, что напряжение на нагрузке пульсирует с шестикратной частотой по отношению к частоте сете­вого напряжения.

Среднее значение выходного напряжения

. (5.4)

В результате получаем такое же соотношение, как и для трехфаз­ной схемы с нулевым выводом.

Среднее значение тока нагрузки является суммой средних значе­ний токов каждой составляющей схемы: I_d = I_d1 + I_d2, но каждый вентиль трехфазной схемы проводит ток в течение третьей части периода.

Временные диаграммы тока нагрузки i_d, выходных токов каждого из выпрямителей i_d и i_a, а также ток одного из вентилей i_a показа­ны на рис.  5.4, в, г. Изменение напряжения на уравнительном реакторе и_у и пере­менная составляющая тока (уравнительного тока I_ур) показаны на рис. 5.4, б.

Рис. 5.4. Временные диаграммы токов нагрузки

Как отмечалось выше, напряжение на U_УР является разностью мгновенных значений фазных напряжений (заштрихованные участки на рис. 5.4, а).

Это напряжение изменяется по синусоидальному закону с трехкратной частотой по отношению к питающему напря­жению. Из временных диаграмм следует:

U_УРmax. (5.5)

Под действием этого напряжения протекает уравнительный ток, значение которого ограничено индуктивным сопротивлением реак­тора (на схеме контур этого тока показан стрелками). В контур этого тока не входит нагрузка. Уравнительный ток отстает от напряжения на реакторе на угол π/2 и его амплитуда:

I_УРmax =, (5.6)

где fc — частота питающего (сетевого) напряжения; Х_р— индук­тивное сопротивление УР; L_yp — индуктивность реактора.

Этот ток накладывается на ток вентиля, значение которого опре­деляется током нагрузки, он будет пульсировать на интервале прово­димости вентиля даже при идеальном сглаживании тока нагрузки (рис. 5.4, г).

В первичную обмотку трансформатора трансформируется ток, протекающий через вторичные обмотки, находящиеся на одном и том же стержне магнитопровода. В результате ток вторичной обмотки трансформатора повторяет форму тока вентиля (рис. 5.4, г), тогда как импульс первичного тока состоит из двуполярных импульсов с длительностью каждого из них, равной 2π/3 (рис. 5.4, д).

Расчеты показывают, что типовая мощность УР Р_ур = 0,071 P_d..

Уравнительный реактор обычно располагается в одном кожухе с сете­вым трансформатором, поэтому типовая мощность сетевого транс­форматора Рт совместно с типовой мощностью УР

P_T = (l,26 + 0,071) P_d..

Сравнивая рассматриваемую схему с трехфазной схемой с нуле­вым выводом, можно отметить следующие особенности:

• выходное напряжение имеет шестикратные пульсации, тогда как каждая из составляющих схем работает в трехфазном режиме с дли­тельностью проводящего состояния вентилей X = 120°;

• хорошо используются вентили, так как они проводят ток в тече­ние 1/3 периода;

• хорошо используется трансформатор, так как его типовая мощ­ность близка к единице;

• в трансформаторе отсутствует поток вынужденного намагничи­вания при любом способе соединения первичных обмоток, так как всегда одновременно токи проводят два вентиля, принадлежащие разным фазам, а токи вторичных обмоток, находящихся на одном стержне магнитопровода трансформатора, обтекаются токами в раз­ные стороны, создавая знакопеременный поток, что исключает наличие постоянной составляющей магнитного потока в магнитопроводе трансформатора;

Схема с уравнительным реактором используется в преобра­зователях с большой величиной выходных токов (1000 А и выше).

Схема трехфазного полуволнового выпрямителя

Привет, друзья, добро пожаловать в новый пост. В этом посте мы подробно рассмотрим Введение в трехфазный однополупериодный выпрямитель. Трехфазный выпрямитель представляет собой такую ​​схему, которая выполняет выпрямление напряжения переменного тока через трехфазный трансформатор и подключается к трем диодам, подключенным к каждым трем фазам, имеющимся на вторичных сторонах или катушках. Однофазный выпрямитель выполняет преобразование переменного тока в постоянный с помощью одного трансформатора, соединенного с одним диодом на вторичной обмотке.

Недостатком данной конфигурации является большое значение коэффициента пульсации. В этом режиме для однополупериодного выпрямителя значение коэффициента пульсации равно 1,21, а для двухполупериодного – 0482. Для этих двух выпрямителей влияние коэффициента пульсации нельзя игнорировать. Но в случае однополупериодного выпрямителя значение коэффициента пульсаций высокое, а в двухполупериодном меньше, чем у однофазного.

Схема трехфазного однополупериодного выпрямителя

• Трехфазный однополупериодный выпрямитель можно увидеть здесь

• Фактор, состоящий из 3 диодов, имеющих соединение катодов в одной точке, состоит в том, что для одной точки диод с наибольшим напряжением, подаваемым на него, будет работать, а другие 2 диода будут в обратном смещенном состоянии
• Трехфазные напряжения, приведенные в схемах выпрямителей, можно увидеть здесь,

• Здесь можно получить результирующее выходное напряжение.

• Обратите внимание, что напряжение на выходе выпрямителя для любой точки имеет большую величину, чем 3 входных напряжения в этот момент.
• Выходное напряжение также имеет более плоскую поверхность, чем схема двухполупериодного мостового выпрямителя. Оно состоит из элементов переменного напряжения частотой один восемьдесят герц и гармоник.
• Коэффициент пульсаций для выпрямителя данной категории схемотехники составляет 18,3%
• Здесь определяется и подробно объясняется значение трехфазного выпрямителя половинной скорости.

• Из приведенного выше уравнения видно, что коэффициент пульсаций для этого выпрямителя равен 0,17.

• В однофазном выпрямителе с однополупериодным выпрямлением коэффициент пульсации равен 1,21, а для полуволнового – 0,482
• Таким образом, мы видим, что коэффициент пульсации в трехфазном выпрямителе имеет меньшее значение, чем в однофазном выпрямителе.
• Далее частота пульсаций в трехфазном выпрямителе имеет высокое значение. Таким образом, благодаря этому факту эти колебания могут быть легко отфильтрованы.
• Частота пульсаций в этом состоянии трехфазного выпрямителя в 3 раза превышает входную частоту.

это подробный пост про трехфазный однополупериодный выпрямитель. Если у вас есть дополнительные вопросы, задавайте их в комментариях. Спасибо за чтение. Хорошего дня.

Новое поступление алюминиевых плит всего за 2 доллара

Купоны на 54 доллара также можно применять к заказам на 3D-печать. Специальное предложение по 3D-печати начинается с 1  

Автор: Генри

http://www. theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер и выпускник известного инженерного университета, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях. Я также являюсь автором технического контента, мое хобби — исследовать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Трехфазные выпрямители — EEEGUIDE.COM

Трехфазный однополупериодный выпрямитель: На рис. 9.11 показана схема трехфазного однополупериодного выпрямителя. Три диода подключены к трем фазам вторичной обмотки трехфазного трансформатора, соединенной звездой. Нейтральная точка N вторичной обмотки образует отрицательную клемму для нагрузки и заземлена, как показано на рис. 9.11. Входные и выходные сигналы также показаны на рисунке. Влиянием реактивного сопротивления и сопротивления утечки трансформатора пренебрегают, так как это прямое падение напряжения на аноде.

Каждый диод проводит ток в течение одной трети периода, как видно из рис. 9.11. Когда один диод проводит, два других остаются неактивными, потому что тогда их катоды становятся положительными по отношению к их анодам. Этот процесс повторяется во время каждого последующего цикла. Напряжение постоянного тока (между катодом и нейтралью) колеблется между пиковым значением переменного напряжения на фазу V _{S max} и половиной этого значения, т. е. 1/2 V _{S max} (без учета падения напряжения на диоде). Выходное напряжение постоянного тока можно получить из следующего уравнения

Среднеквадратичное значение тока нагрузки можно получить из следующего уравнения

Вышеупомянутая схема очень полезна, если доступно 3-фазное питание. Даже без сглаживающего устройства нет точки, в которой выпрямленное напряжение падает до нуля, как это происходит в однофазных цепях. Пульсации напряжения сравнительно малы и в три раза превышают частоту переменного тока. Сглаживание, если оно желательно, достигается гораздо легче.

Однако насыщение сердечника трансформатора по постоянному току происходит из-за протекания постоянного тока каждого диода во вторичных фазных обмотках трансформатора, но этого можно избежать, используя зигзагообразную вторичную обмотку.

Трехфазный двухполупериодный выпрямитель : Схема 6-диодного, 6-фазного однополупериодного или трехфазного двухполупериодного выпрямителя показана на рис. 9.12. Здесь каждый диод проводит только одну шестую периода, т. е. π/3. Форма выходного сигнала 6-диодного выпрямителя показана на рис. 9.12. Видно, что постоянное напряжение колеблется меньше, чем для трехфазного. Оно колеблется между максимальным переменным напряжением (фазным значением) и 86,6% от него, при этом среднее значение в 0,955 раза превышает максимальное значение.

Преимущество использования большего количества диодов заключается в более плавном выходе. Недостатки использования большого количества диодов заключаются в том, что каждый диод работает меньшее время за цикл, и конструкция усложняется. Наиболее выгодным числом является 6, поскольку при использовании более 6 диодов стоимость быстро возрастает без сравнительного увеличения мощности выпрямителя.

Использование межфазного трансформатора : Факторы, определяющие количество фаз, для которых должен быть разработан выпрямитель: (1). низкая генерация гармоник в выходной цепи (2). лучший коэффициент использования трансформатора (3). регулирование низкого напряжения и (4). высокий коэффициент мощности. Условие 1 требует, чтобы число фаз было большим, но для выполнения условий 2, 3 и 4 необходимо, чтобы число фаз оставалось низким.

Преимущества 3-фазного выпрямителя, такие как более высокий коэффициент использования трансформатора, высокий коэффициент мощности и регулировка низкого напряжения, а также преимущества 6-фазного или 12-фазного выпрямителя с низким процентом гармоник, можно получить вместе с использованием межфазного трансформатора с 6- или 12-диодный выпрямитель. В этой модифицированной схеме m диодов для выпрямителя разделены на несколько групп, соединенных звездой по три, например две группы для 6-диодного и четыре группы для 12-диодного выпрямителя. Каждая группа диодов имеет свою индивидуальную вторичную обмотку, точки звезды различных групп, вместо того, чтобы быть соединенными напрямую вместе, соединены через межфазный трансформатор. Общая нейтральная точка образует минусовую клемму выходной цепи постоянного тока.

Функция межфазного трансформатора в приведенной выше схеме заключается в одновременном выравнивании потенциалов двух диодов таким образом, чтобы в любой момент нагрузка распределялась между двумя эффективно работающими параллельно диодами. Таким образом, хотя форма выходного напряжения постоянного тока имеет характеристику 6-фазного выпрямителя с низким содержанием гармоник, равным удвоенной частоте сети, нагрузка фактически делится между двумя 3-фазными системами, работающими параллельно, при напряжении на клеммах, которое является средним значением.