2.3 Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (схема Миткевича).
(трехфазный однополупериодный)
Данная схема содержит трехфазный трансформатор T и три диода (вентиля). Нагрузка включается между точкой соединения диодов и нулевым выводом трансформатора.
На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений различных точек схемы выпрямления.
На интервале времени [t1;t2] фаза “a” имеет наибольший потенциал по сравнению с другими фазами относительно нулевой точки трансформатора, поэтому диод VD1 находится в открытом состоянии и через него протекает ток. На нагрузке напряжение изменяется по закону огибающей фазы “a”.
В
момент t2 происходит перекоммутация с VD1
на VD2,
т.к. потенциал фазы “b”
становится наибольшим по отношению к
нулевой точке. К нагрузке прикладывается
фазное напряжение. На интервале времени
[t2;
t3]
к первому диоду прикладывается линейное
напряжение между фазами “b”
и “a”
и он находится в закрытом состоянии.
В момент t3 прикладывается линейное напряжения Uca, так как происходит переключение вентилей (с VD2 на VD3).
К недостатком этой схемы можно отнести:
Ток во вторичной цепи трансформатора протекает в течение одной третьей части периода и имеет одностороннее направление, что увеличивает габаритные размеры трансформатора. Для исключения подмагничивания сердечника необходимо делать запас по намагниченности (уменьшать значение Bm), что приводит к дополнительному увеличению габаритов трансформатора. Иногда в сердечник трансформатора вводят воздушный зазор.
Более низкие качественные показатели (K п , K0) по сравнению с двухполупериодной схемой выпрямления.
Индуктивность рассеяния трансформатора влияет на форму выпрямленного напряжения, что является ограничением по мощности.
При
этом снижается уровень выпрямленного
напряжения и возрастают пульсации.С точки зрения монтажа схемы – исключена возможность соединения вторичной цепи треугольником из — за нулевого вывода.
При
этом снижается уровень выпрямленного
напряжения и возрастают пульсации.Достоинствами схемы выпрямления являются:
Основные соотношения:
Схема состоит из двух трехфазных однополупериодных схем выпрямления, питающихся от одних и тех же вторичных обмоток трансформатора и работающих на общую нагрузку.
На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений в различных точках схемы выпрямления.
На
интервале [t1;t3]
фаза “a”
имеет наибольший потенциал по отношению
к другим фазам, поэтому диод VD2
работает два такта (т.к. к аноду
прикладывается “+”). В момент времени
t
к. фаза “b”
становится более положительной по
отношению к другим фазам.
На интервале [t2;t4] фаза “c” имеет более отрицательный потенциал по отношению к другим фазам. Отрицательный потенциал прикладывается к катоду пятого вентиля и он работает два такта.
К недостаткам схемы можно отнести:
Достоинствами схемы выпрямления являются:
Возможность использования различных способов соединения обмоток трансформатора во вторичной цепи.
Отсутствие одностороннего намагничивания сердечника трансформатора (ток во вторичной цепи трансформатора – двухполярный).
Хорошее использование трансформатора (ток во вторичной цепи трансформатора протекает 2/3 периода), что увеличивает КПД устройства.
В связи с
вышеперечисленным рядом достоинств
данная схема нашла очень широкое
распространение.
; ;
; ;
Сравнительная оценка схем выпрямления
Преимущества однофазной мостовой схемы по сравнению с двухполупериодной со средней точкой: в 2 раза меньшее обратное напряжение на вентиле, в 2 раза меньшее напряжение (число витков) вторичной обмотки трансформатора, высокий коэффициент использования трансформатора. Недостатки схемы (в том же сравнении): необходимость применения четырех вентилей, увеличение действующего значения тока вторичной обмотки в 1,41 раза.
Достоинства
трехфазной схемы выпрямления со средней
точкой по сравнению с однофазными
схемами выпрямления: меньшая величина
и более высокая частота пульсаций
выпрямленного напряжения, равномерная
нагрузка на сеть трехфазного тока, более
высокий коэффициент использования
трансформатора. Основной недостаток
этой схемы — наличие вынужденного
намагничивания сердечника трансформатора.
Достоинства трехфазной мостовой схемы выпрямления по сравнению с трехфазной со средней точкой: высокий коэффициент использования трансформатора, меньшая величина и более высокая частота пульсаций выпрямленного напряжения, отсутствие вынужденного намагничивания сердечника трансформатора, в 2 раза меньшее обратное напряжение на вентилях. Основной недостаток — большие потери в вентилях.
Задача 1
Начертите схему выпрямителя, указанного для Вашего варианта в
таблице 1, и с помощью временных диаграмм поясните принцип ее
работы.
Рассчитайте выпрямитель по следующим пунктам:
Выберите тип кремниевых диодов (таблица 3).
Определите действующее значение фазового напряжения и тока во
Определить коэффициент трансформации трансформатора.
Определите частоту f1 и коэффициент пульсации Кп1, основной
гармоники выпрямленного напряжения.
Данные к задаче 1 в 20 вариантах приведены в таблице1
Таблица 1- Задание для вариантов
Исходные Данные | Номер вариантов | |||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
1. | 60 | 120 | 60 | 120 | 120 | 60 | 48 | 240 | 120 | 120 |
2.Выпрямленный ток Io, А | 20 | 10 | 12 | 8 | 6 | 10 | 20 | 10 | 20 | 12 |
3. | Трехфазная однополупериодная (сх. Миткевича) | Трехфазная мостовая (сх. Ларионова) | ||||||||
Схема
выпрямленияПродолжение таблицы 1.
Исходные данные | Номер варианта | |||||||||
11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
1. | 220 | 48 | 24 | 24 | 48 | 5 | 12 | 5 | 12 | 10 |
2.Выпрямленный ток Io, А | 4 | 5 | 2 | 4 | 2 | 2 | 3 | 4 | 2 | 4 |
3. | Однофазная мостовая | Однофазная двухполупериодная с выводом 0 точки трансформатора | ||||||||
Выпрямленное
напряжение Uo,В
Схема выпрямленияМетодические указания к решению задачи 1
1. Для выбора типа кремниевых диодов необходимо определить обратное напряжение на диоде Uобр. и среднее значение тока, протекающего через диод Iср.
Данные для их расчета приведены в таблице 2.
Тип
кремниевого диода выбираем из таблицы
3, исходя из рассчитанных значений Uобр. и Iср. Выбранный тип диода должен иметь прямой
допустимый ток (среднее значение) Iпр.
ср. >Iср и максимальное обратное напряжение
(амплитудное значение) Uобр.max> Uобр.
2. данные для расчета действующих значений напряжения U2 и тока I2 вторичной обмотки трансформатора приведены в таблице 2.
3. n= U1/U2 – так рассчитывается коэффициент трансформации.
4. частота пульсаций основной (первой) гармоники f1, Гц, определяется по формуле: f1= m*fc, где m – это число импульсов выпрямленного тока за период, определяемая по формуле: m= k* p, где k – число выпрямленных полупериодов, p – число фаз выпрямленного переменного тока, fc частота питающего тока равна 50Гц. Коэффициент пульсаций основной (первой) гармоники (амплитудное значение первой гармоники, отнесенное к 1В выпрямленного напряжения), в относительных единицах (%), рассчитывается по формуле:
Kn1=
2/m2-1,
или Кn1=
200/m2-1,
%.
Значение
К и р для различных схем выпрямления
приведены в таблице методических
указаний
ТЕСТЫ
Тест 1
Укажите правильный вариант ответа.
Вопрос: какой из данных величин коэффициента пульсации обладает
трехфазная мостовая схема выпрямления (сх. Ларионова)?
Варианты ответов:
1,57.
0,057
0,25
0,67
Тест 2
Укажите правильный вариант ответа.
Вопрос: какой из данных величин частоты пульсации обладает
трехфазная схема выпрямления (сх. Миткевича)?
Варианты ответов:
50Гц.
100Гц.
150Гц.
300Гц.
Тест 3
Укажите правильный вариант или комбинацию вариантов ответа.
Вопрос: Какие из данных преимуществ имеет трехфазная мостовая схема
Ларионова по сравнению с трехфазной схемой Миткевича?
Варианты ответов:
В два раза меньше обратное напряжение на вентиле.
Лучшее использование трансформатора.
отсутствие подмагничивания магнитопровода.
Меньшая амплитуда и большая частота пульсаций.
Тест 4
Укажите правильный вариант или комбинацию вариантов ответа.
Вопрос: Какие из данных преимуществ имеет мостовая схема
выпрямления однофазного тока по сравнению с однофазной схемой
выпрямления с выводом средней точки?
Варианты ответов:
Выше частота и ниже коэффициент пульсации.
нет подмагничивания.
лучшее использование трансформатора.
меньше величина обратного напряжения на диоде.
Контрольные вопросы
По каким параметрам производится выбор диодов в схемах
выпрямления?
Какие значения должны иметь параметры при выборе типа диодов
по сравнению с паспортными данными выбранных типов вентилей?
Что показывает внешняя характеристика выпрямителя? Какие
параметры можно определить по ней?
Назовите виды нагрузок на выпрямитель.
Оказывает ли влияние фильтр, включенный между схемой
выпрямления и нагрузкой, на характер нагрузки?
Какими выходными параметрами оценивается работа выпрямителя?
Литература
1.
Бушуев В.М. Электропитание устройств
связи – М.: Радио и связь, 1986. –
240с. С. 55 – 58.
2. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та
мікросхемотехніка: теорія і практикум: Навч. Посіб. /За ред.
А.Г. Соскова. 2-е вид.- К.: Каравела, 2004.-432 с С. 206 – 220.
12
Схема — трехфазный выпрямитель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Cтраница 2
На рис. 16 — 6, а дана схема трехфазного выпрямителя. [16]
| Мостовая схема выпрямителя ( а и график напряжения питания и и тока в приемнике i ( б. [17] |
На рис. 14 — 6, а дана схема трехфазного выпрямителя. [18]
В течение какого промежутка времени открыт каждый диод в схеме трехфазного выпрямителя.
[19]
Выпрямительный блок включает в себя три моноблока, соединенных в схему двухполупериодного трехфазного выпрямителя. В каждом моноблоке, являющемся одновременно радиатором и токопроводящим зажимом средней точки, установлено по две полупроводниковые кремниевые шайбы. [20]
Сравнительно небольшое амплитудное значение обратного напряжения, что следует из (12.89), является существенным достоинством данной схемы по сравнению со схемой трехфазного выпрямителя с нейтральным выводом. [21]
Многофазное выпрямление дает возможность значительно уменьшить пульсации выпрямленного напряжения. На рис. 10.40 показана схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом трансформатора. В каждый данный момент времени ток проводит только тот диод, анод которого соединен с выводом той вторичной обмотки трехфазного трансформатора ( а, Ъ или с), напряжение на которой ( и, и. [22]
Многофазное выпрямление дает возможность значительно уменьшить пульсации выпрямленного напряжения.
На рис. 10.40 показана схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом трансформатора.
[23]
В состав мощных выпрямительных установок входят устройства защиты по — переменному и постоянному току. На рис. 6.10 показана схема трехфазного выпрямителя с такими устройствами. ТТ, к которым подключены обмотки максимальных токовых реле РТ. С помощью этих реле осуществляется защита по переменному току. [24]
Схемы трехфазных выпрямителей, получивших наиболее широкое распространение в ИВЭП, приведены на рис. 30.4. Первичные обмотки трансформаторов Тр могут включаться по схеме звезды или треугольника, а вторичные обмотки включены по схеме звезды. На рис. 30.4 а приведена схема трехфазного выпрямителя с отводом от нулевой точки 0 вторичных обмоток. На рис. 30.5 а приведены временные диаграммы напряжений и токов для этой схемы при резистивной нагрузке без фильтра. [25]
На практике для питания постоянным током Сравнительно мощных цепей применяют трехфазные выпрямители.
На рис. 8 — 7 а ( приведена схема трехфазного выпрямителя, требующая источника с выведенной нулевой точкой.
[26]
| Схема защиты мощного выпрямителя. [27] |
При коротких замыканиях и другого рода авариях возможно резкое возрастание тока, причем величина его становится столь большой, что могут произойти повреждения трансформаторов, тиратронов и других эле — ментов схемы. Поэтому в выпрямительных установках применяют специальные устройства защиты. Маломощные выпрямители обычно защищают с помощью плавких предохранителей: при коротком замыкании предохранитель перегорает и разрывает цепь питания силового трансформатора. В состав мощных выпрямительных установок входят устройства защиты по переменному и постоянному току. На рис. 6.12 показана схема трехфазного выпрямителя с такими устройствами. В две фазы первичной цепи анодного трансформатора Тра включены трансформаторы тока ТТ, к которым подключены об-мотки максимальных токовых ре — ле РТТ — С помощью этих реле осуществляется защита по пере — менному току.
[28]
Страницы: 1 2
Моделирование и проектирование трехфазного выпрямителя в Simulink MATLAB
В этом руководстве я объясню работу и реализацию трехфазного выпрямителя. Поскольку в предыдущих уроках мы реализовали однофазный выпрямитель, вам будет очень легко понять, как работает трехфазный выпрямитель. В начале приводится краткое и краткое введение выпрямителей и трехфазных выпрямителей вместе с их типами. После этого объясняется правильная реализация трехфазных выпрямителей на симуляторе MATLAB, а также работа каждого шага и назначение каждого используемого блока, а также настройки параметров каждого блока.
Введение в выпрямители и трехфазные выпрямители В электротехнике/электронике слово выпрямитель распознается как устройство, которое может преобразовывать входное переменное напряжение в постоянное напряжение. В каждом доме электропитание, предоставляемое правительством, представляет собой трехфазный переменный ток (AC), но большинство наших устройств, таких как ноутбуки и мобильные телефоны, используют для зарядки постоянное напряжение (напряжение постоянного тока).
Следовательно, трехфазный выпрямитель в настоящее время используется почти в каждом доме и является очень распространенным устройством. Теперь давайте поговорим о различных типах выпрямителей.
В зависимости от выходного напряжения постоянного тока:
- Однополупериодный выпрямитель
- Двухполупериодный выпрямитель
В зависимости от входного фазного напряжения
- Однофазный выпрямитель
- Трехфазный выпрямитель
Мы уже обсуждали первые два типа выпрямителей в предыдущем уроке, теперь мы обсудим два последних типа.
Однофазный выпрямительВыпрямители, входное напряжение которых представляет собой однофазное переменное напряжение, называются однофазными выпрямителями. На выходе такой схемы будет высокое пульсирующее постоянное напряжение. Форма сигнала однофазного переменного напряжения показана на рисунке ниже.
Рисунок 1: Однофазный переменный ток
Трехфазный выпрямитель Те выпрямители, на вход которых подается трехфазное переменное напряжение, называются трехфазными выпрямителями.
Выход трехфазных выпрямителей представляет собой низкий пульсирующий постоянный ток. Трехфазное переменное напряжение показано на рисунке ниже,
Рисунок 2: Трехфазный переменный ток
Моделирование трехфазного выпрямителя в Simulink MATLABТеперь давайте начнем обсуждение реализации трехфазного инвертора в Simulink в MATLAB. Откройте MATLAB, а затем откройте simulink и создайте пустую модель, как мы делали ранее, и сохраните ее для использования в будущем. Откройте браузер библиотеки и перейдите в раздел simscape в браузере библиотеки, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 3: Simscape
В этом блоке выберите блок энергосистемы, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 4: Система питания
В блоке системы питания выберите блок специальной технологии, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 5: Специальная технология
После этого выберите фундаментальные блоки, в которых находятся почти все блоки, которые нам понадобятся в этом уроке.
Обратитесь к рисунку ниже, чтобы увидеть основные блоки.
Рисунок 6: Фундаментальные блоки
Внутри этого раздела будет блок с именем power gui, выберите этот блок и добавьте его в модель, которую мы создали ранее, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 7: Power gui
Функция и использование этого блока обсуждались во многих предыдущих руководствах. После этого в основной части блока выберите блок Источники электроэнергии, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 8: Источники электроэнергии
В этом блоке собраны все источники, необходимые в энергосистемах. Внутри этого блока выберите источник переменного напряжения и разместите три таких источника на модели, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 9: Источник переменного тока
Нам нужны три источника, потому что мы хотим работать с трехфазными источниками переменного тока. Теперь вернитесь к секции основного блока и выберите секцию силовой электроники, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 10: Силовая электроника
В этой секции выберите тиристорный блок и добавьте в модель шесть таких блоков, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 11: Тиристор
Нам нужны тиристоры вместо диодов, когда мы работаем с 3-фазным источником переменного тока.
Теперь в браузере библиотек перейдите в раздел simulink и выберите блок sources, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 12: Источники Simulink
В этом разделе выберите блок с именем генератор импульсов и добавьте его в модель, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 13: Генератор импульсов
Этот генератор импульсов будет использоваться с парой тиристор для включения и выключения. Значит нам понадобятся три генератора импульсов (каждый на одну пару тиристоров). Снова перейдите в раздел основных блоков simscape и выберите раздел с именем Элементы, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 14: Элементы
Из этого раздела нам понадобится нагрузка для тестирования нашего трехфазного выпрямителя. В этом разделе выберите ветвь серии RLC и добавьте ее в модель, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 15: Нагрузка RLC
все блоки, необходимые для измерения в силовой электронике или силовых системах, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 16: Блок измерения
В этом разделе нам понадобится блок для измерения напряжения, поэтому выберите блок, названный как измерение напряжения, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 17: Блок измерения напряжения
Также нам понадобится какой-нибудь осциллограф, чтобы посмотреть, будет ли на выходе чистый постоянный ток или нет.
Следовательно, перейдите в раздел simulink браузера библиотеки и выберите раздел с именем section. В этом разделе выберите блок с именем scope и добавьте его в модель, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 18: Объем
Подключите 6 тиристоров в том порядке, в котором мы расположили их в случае 3-фазного инвертора, и подключите 3 источника переменного напряжения к трем соединениям между каждой парой тиристоров. Установите напряжение источника на 230 В и фазовый угол первого блока на 0, второго блока на 120 и третьего на 240 (-120). Параметры блока последнего источника показаны на рисунке ниже,
Рисунок 19: Параметры блока источника переменного напряжения
Теперь нам нужно три генератора импульсов для подключения к каждой паре тиристоров. Подключенные тиристоры показаны на рисунке ниже,
Рисунок 20: Тиристор, установленный
Подсоедините 1 st генератор импульсов к паре тиристоров (1, 5), 2 nd к паре тиристоров (2, 6) и 3 rd к тирситору пара ( 3 , 4 ), как показано на полной блок-схеме.
Но сначала посмотрите на параметры блока генератора импульсов. Установите фазу генератора импульсов 1 st на 30, 2 nd на 150 и 3 rd на 270, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 21: Параметры 1-го генератора импульсов
Полная блок-схема трехфазного выпрямителя показана на рисунке ниже. показано на рисунке ниже,
Рисунок 23: Выход
Выход трехфазного выпрямителя (как и ожидалось) представляет собой пульсирующий постоянный ток. Однако пульсации в трехфазном выпрямителе возникают чаще, чем в однофазном выпрямителе. Мы можем удалить пульсации в выпрямителе с помощью RC-фильтров, и тогда выход будет выглядеть так, как показано на рисунке ниже,
Рисунок 24. Отфильтрованный вывод
Electrical Revolution
Сравнение трехфазных неуправляемых выпрямителей
- Однофазный выпрямители обычно используются для маломощных приложений электронной схемы.
- Применяются для питания нагрузок постоянного тока до 5 кВт. Однако сингл
Схема фазного выпрямителя имеет следующие преимущества.
Однако сингл
Схема фазного выпрямителя имеет следующие преимущества.- Трехфазный выпрямитель не только обеспечивает высокую мощность, но и обеспечивает меньшую пульсацию на выходе напряжение и ток по сравнению с однофазными выпрямителями.
- Эффективность трехфазные выпрямители очень высоки по сравнению с однофазными выпрямителями.
Сравнение трехфазной полуволны, трехфазной полной волны и Шестифазные однополупериодные неуправляемые выпрямители
| Параметры | Трехфазные однополупериодные выпрямители | Трехфазные двухполупериодные выпрямители | Шестифазные однополупериодные выпрямители |
| Период проводимости каждого диода | |||
| Средний ток | я постоянного тока /3 | я постоянного тока /3 | я постоянного тока /6 |
| Среднее напряжение | 0,827 В м | 0,955 В м | 0,955 В м |
√3 В м 2,09 В пост.  |