Трехфазный однополупериодный выпрямитель – Трехфазный однополупериодный выпрямитель

Трехфазный однополупериодный выпрямитель

Данная схема содержит трехфазный трансформатор и три диода (рис.1,а). Первичные обмотки трансформатора могут быть соединены звездой или треугольником, вторичные обмотки соединяются только звездой с выводом нулевой точки. Нагрузка R_н включается между точкой соединения диодов и нулевым выводом. Таким образом, трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом является сочетанием трех однофазных выпрямителей, питающихся тремя симметричными напряжениями (последние сдвинуты на 120°) и работающих на общую нагрузку.

Рис.1.Трехфазная однополупериодная схема (а) и диаграммы токов и напряжений в ней.

В данном выпрямителе в любой произвольно выбранный момент времени открыт (проводит ток) тот диод, анод которого находится под наибольшим положительным потенциалом. Аноды двух других диодов будут иметь меньший потенциал (рис.1, а), и эти диоды будут закрыты, поскольку наибольший потенциал открытого диода окажется запирающим для двух других. Например, в течение промежутка времени

t₁–t₂ (т. е. в течение ¹/з периода) наибольшим положительным потенциалом обладает точка А – анод диода VD₁ (рис.1,б). Через VD₁, R_H и первую фазную обмотку (А) трансформатора протекает ток i₁=i₀ =i_A. Точка соединения катодов окажется под потенциалом точки А схемы. Следовательно, VD₂ и VD₃ будут заперты, так как потенциалы их анодов (точки В и С) в этот промежуток времени будут меньше потенциала точки А (рис.1,б). В течение промежутка

t₂–t₃ наибольший положительный потенциал будет на аноде VD₂ (точка В), следовательно VD₂ проводит ток, а VD₁ и VD₃ заперты. В течение промежутка t₃–t₄ работает VD₃, a VD₁, VD₃ заперты и т.д.

Таким образом, VD₁ VD₂, VD₃ работают поочередно, каждый в течение ¹/з периода; при этом на нагрузку работают соответствующие фазные обмотки трансформатора.

Так как падение напряжения в обмотках трансформатора и вентилях идеализированной схемы считается равным нулю, то форма выпрямленного напряжения и₀ (рис.1,б) имеет форму огибающей фазовых напряжений вторичных обмоток трансформатора

(u_А, u_B, u_C).

Графики i₁, i₂, i₃, а также график выпрямленного тока i_о исходя из допущения об идеальных диодах и трансформаторе определяются соотношением

Обратное напряжение на диоде определяется исходя из того, что к электродам закрытых диодов приложена разность потенциалов, соответствующая линейному напряжению вторичных обмоток трансформатора.

Каждая фазная обмотка трансформатора данной схемы работает лишь один раз в период в течение ¹/з его длительности (рис.1,б), при этом ток протекает по ней только в одном направлении. Поэтому появляющаяся в этом случае постоянная составляющая тока вызывает вынужденное подмагничивание магнитопровода трансформатора. Для устранения подмагничивания вторичные обмотки выполняются в виде отдельных секций, которые соединяются по схеме «зигзаг»

, благодаря чему магнитные потоки, создаваемые в каждом из стержней постоянной составляющей тока, взаимно компенсируются.

Применение трехфазной схемы позволяет уменьшить габариты и массу сглаживающего фильтра вследствие увеличения частоты пульсации в 1,5 раза и уменьшения коэффициента пульсации К_п0,3 более чем в 2,5 раза.

Основным недостатком данной схемы является вынужденное подмагничивание магнитопровода, однако этот недостаток устраняется применением схемы «зигзаг».

По трехфазной однополупериодной схеме выполняются выпрямители средней и большой мощности.

studfile.net

Трехфазный однополупериодный выпрямитель

Схемы выпрямителей, работающих от трехфазной сети переменного тока, строятся по тем же принципам, что и однофазные выпрямители. Для получения схемы трехфазного однополупериодного выпрямления необходимо использовать три однополупериодных выпрямителя, питающих единую нагрузку, но запитываемых от трех фаз источника входного напряжения со средней точкой (Рис. 5).

Рис. 5

Три диода выпрямителя открываются по очереди в течение одной трети периода колебаний входного напряжения каждый.

При рассмотрении схемы однофазного двухполупериодного выпрямителя для расчета среднего напряжения нагрузки использовалась формула:

Не трудно показать, что если в общем случае за период колебания входного напряжения Т будут последовательно (но не одновременно) проводить ток n диодов, то:

При этом первой из присутствующих на выходе гармоник переменного напряжения будет гармоника с номером n, т.е. основная частота пульсаций на выходе выпрямителя будет в n раз выше частоты колебаний входного напряжения.

Используя приведенную формулу и проведя разложение выходного напряжения выпрямителя в ряд Фурье, можно получить обобщенные выражения для среднего значения выходного напряжения U_{н cp,} амплитуды первой из присутствующих гармоник U _{max 01}и коэффициента пульсаций выпрямителя K_п.

(1)

В случае трехфазного однополупериодного выпрямителя n = 3 и согласно (1):

Здесь U_{вх ф max}– амплитуда фазного напряжения на входе выпрямителя. Основная частота пульсаций выходного напряжения равна утроенной частоте входного сигнала.

Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно амплитуде линейного напряжения на входе выпрямителя, т.е.

К недостаткам данной схемы следует отнести плохое использование трансформатора, который работает с подмагничиванием постоянным током (это явление описывалось при рассмотрении однофазного однополупериодного выпрямителя), и повышенное обратное напряжение на диодах.

Трехфазный двухполупериодный выпрямитель

Схема трехфазного двухполупериодного выпрямителя (т.н. схема Ларионова) и диаграммы, поясняющие его работу, представлены на рис. 6. Эта схема требует для своего построения шесть полупроводниковых диодов. Она инвариантна к способу соединения первичных и вторичных обмоток силового трансформатора (“звезда” или “треугольник”).

Рис. 6

Поскольку в представленной схеме используется обе полуволны питающего трехфазного напряжения, выпрямленное напряжение отличается более высоким качеством. Очевидно, что и здесь применимы соотношения (1), в соответствии с которыми (учитывая, что в данном случае n = 6):

где U_{вх ф max}– амплитуда фазного напряжения на входе выпрямителя. Основная частота пульсаций выходного напряжения в шесть раз превышает частоту входного сигнала.

Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно амплитуде линейного напряжения на входе выпрямителя, т.е.

Таким образом, при наличии шести последовательно коммутируемых диодов амплитуда первой из присутствующих на выходе выпрямителя гармоник составляет около 5,7% от среднего значения выходного напряжения (это говорит о высокой эффективности схемы Ларионова). Очевидно, что при увеличении числа фаз входного напряжения (например, до шести) аналогичная схема с большим числом диодов (12 для шестифазного двухполупериодного выпрямителя) будет еще более эффективной.

studfile.net

Трёхфазный выпрямитель — Википедия

Трёхфазный выпрямитель — устройство применяемое для получения постоянного тока из трёхфазного переменного тока системы Доливо-Добровольского.

Схема трёхфазного выпрямителя Ларионова на трёх диодных полумостах (на 6 диодах)

Наиболее распространены трёхфазный выпрямитель по схеме Миткевича В. Ф. (на трёх диодах), предложенный им в 1901 г.^[1], и трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А. Н. (на шести диодах), предложенный им в 1924 г.^[2].^{[источник не указан 1271 день]} В 1923 году в США также подаётся патент US1610837 A на трёхфазные выпрямители.

Менее известны трёхфазные выпрямители по схемам «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах) и др., которые по многим параметрам превосходят и схему Миткевича и схему Ларионова. При этом требуются диоды со средним током через один диод почти вдвое меньшим, чем в схеме Ларионова.

Следует отметить, что выпрямитель Миткевича является четвертьмостовым параллельным, выпрямитель Ларионова является не полномостовым, как его часто считают, а полумостовым параллельным («три параллельных полумоста»). В зависимости от схемы включения трёхфазного трансформатора или трёхфазного генератора (звезда, треугольник) схема Ларионова имеет две разновидности: «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», которые имеют разные напряжения, токи, внутренние сопротивления.

По схемам можно заметить, что схема Миткевича является недостроенной схемой Ларионова, а схема Ларионова является недостроенной схемой «три параллельных моста».

Из-за принципа обратимости электрических машин по этим же схемам строятся и преобразователи (инверторы).

Трёхфазный выпрямитель «три четвертьмоста параллельно» (Миткевича В. Ф.)[править | править код]

Схема трёхфазного ртутного выпрямителя по схеме В. Ф. Миткевича приведена в^[3].

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

«Частично трёхполупериодный с нулевым выводом». Площадь под интегральной кривой равна:

S=6∫π/6π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=632Em=33Em{\displaystyle S=6\int \limits _{\pi /6}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=6{\frac {\sqrt {3}}{2}}E_{\text{m}}=3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}},

где Em=2E2eff{\displaystyle E_{\text{m}}={\sqrt {2}}E_{\text{2eff}}} — максимальное (наибольшее) мгновенное значение ЭДС, E2eff{\displaystyle E_{\text{2eff}}} — эффективное (действующее) значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора или генератора.

Средняя ЭДС равна: Esr=33Em2π=0,83Em=1,17E2eff.{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{2\pi }}=0{,}83E_{\text{m}}=1{,}17E_{\text{2eff}}.}

На холостом ходу и близких к нему режимах ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в ветви с меньшей на данном отрезке периода ЭДС. Относительное эквивалентное активное сопротивление при этом равно сопротивлению одной ветви 3r. При увеличении нагрузки (уменьшении R_n) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на одну нагрузку параллельно. Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках равно 3r/2. В режиме короткого замыкания эти отрезки максимальны, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Отрицательные полупериоды в выпрямителе Миткевича не используются. Из-за этого выпрямитель Миткевича имеет очень низкий коэффициент использования габаритной мощности трансформатора и применяется при малых мощностях.

Частота пульсаций равна 3f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна 0,5Em{\displaystyle 0{,}5E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,5/0,83 = 0,6 (60 %).

Три разделённых полумоста параллельно (три «с удвоением напряжения» параллельно)[править | править код]

Трёхфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединённые кольцом (треугольником)» («треугольник-Ларионова»)[править | править код]

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

В некоторой электротехнической литературе иногда не различают схемы «треугольник-Ларионов» и «звезда-Ларионов», которые имеют разные значения среднего выпрямленного напряжения, максимального тока, эквивалентного активного внутреннего сопротивления и др.

В выпрямителе «треугольник-Ларионов» потери в меди больше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов», поэтому на практике чаще применяется схема «звезда-Ларионов».

Кроме этого, выпрямители Ларионова А. Н. часто называют мостовыми, на самом деле они являются полумостовыми параллельными.

В некоторой литературе выпрямители Ларионова и подобные называют «полноволновыми» (англ. full wave), на самом деле полноволновыми являются выпрямитель «три последовательных моста» и подобные.

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=1212Em=6Em{\displaystyle S=12\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=12{\frac {1}{2}}E_{\text{m}}=6E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=6Em2π=3Emπ=0,955Em=1,35E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6E_{\text{m}}}{2\pi }}={\frac {3E_{\text{m}}}{\pi }}=0{,}955E_{\text{m}}=1{,}35E_{\text{2eff}}}, то есть больше, чем в выпрямителе Миткевича.

В работе схемы «треугольник-Ларионов» есть два периода. Большой период равен 360° (2π{\displaystyle 2\pi }). Малый период равен 60° (π/3{\displaystyle \pi /3}), и повторяется внутри большого 6 раз. Малый период состоит из двух малых полупериодов по 30° (π/6{\displaystyle \pi /6}), которые зеркальносимметричны и поэтому достаточно разобрать работу схемы на одном малом полупериоде в 30°.

На холостом ходу и в режимах близких к нему ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода обратносмещает (закрывает) диоды с меньшими на данном отрезке периода ЭДС.

В начальный момент (ωt=0{\displaystyle \omega t=0}) ЭДС в одной из ветвей равна нулю, а ЭДС в двух других ветвях равны 0,87Em{\displaystyle 0{,}87E_{\text{m}}}, при этом открыты два верхних диода и один нижний диод. Эквивалентная схема представляет собой две параллельные ветви с одинаковыми ЭДС (0,87) и одинаковыми сопротивлениями по 3r каждое, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно 3r/2. Далее, на малом полупериоде, одна из двух ЭДС, равных 0,87, растёт до 1,0, другая уменьшается до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5. Один из двух открытых верхних диодов закрывается, и эквивалентная схема становится параллельным включением двух ветвей, в одной из которых бо́льшая ЭДС и её сопротивление равно 3r, в другой ветви образуется последовательное включение двух меньших ЭДС, и её сопротивление равно 2 × 3r = 6r, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно

3r⋅6r/(3r+6r)=18r2/(9r)=2r.{\displaystyle 3r\cdot 6r/(3r+6r)=18r^{2}/(9r)=2r.}

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (1−32)Em=(1−0,87)Em=0,13Em{\displaystyle \left(1-{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}\right)E_{\text{m}}=(1-0{,}87)E_{\text{m}}=0{,}13E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,13/0,95 = 0,14 (14 %).

Трёхфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединённые звездой» («звезда-Ларионова»)[править | править код]

Три полумоста параллельно, объединённые звездой («звезда-Ларионов»).

Выпрямитель звезда-Ларионов (шестипульсный) применяется в генераторах электроснабжения бортовой сети почти на всех средствах транспорта (автотракторных, водных, подводных, воздушных и др.). В электроприводе дизельэлектровозов и дизельэлектроходов почти вся мощность проходит через выпрямитель звезда-Ларионов.

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12(∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)+∫π/6π/3Emsin⁡(ωt)d(ωt))={\displaystyle S=12(\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)+\int \limits _{\pi /6}^{\pi /3}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t))=}

=1232Em=63Em{\displaystyle =12{\frac {\sqrt {3}}{2}}E_{m}=6{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=63Em2π=33Emπ=1,65Em=2,34E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{2\pi }}={\frac {3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{\pi }}=1{,}65E_{\text{m}}=2{,}34E_{\text{2eff}}}, то есть в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз больше, чем в схемах «треугольник-Ларионов» и «три параллельных полных моста» и вдвое больше, чем в схеме Миткевича.

В этом выпрямителе есть большой период равный 360° и малый период, равный 60°. В большом периоде помещаются 6 малых периодов. Малый период в 60° состоит из двух зеркальносимметричных частей по 30°, поэтому для описания работы этой схемы достаточно разобрать её работу на одной части в 30° малого периода. В начале малого периода (ωt=0{\displaystyle \omega t=0}) ЭДС в одной из ветвей – фазы U1 равна нулю, а в двух других фазах U2 и U3 — по 0,87 × Emax. Эти две фазы U2 и U3 в данный, начальный момент времени ωt=0{\displaystyle \omega t=0} включены последовательно. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно 6r{\displaystyle 6r}. Далее, одна из ЭДС фаза U2 увеличивается от 0,87 – до 1,0, другая U3 уменьшается от 0,87 до 0,5, а третья фаза U1 растёт от 0,0 до 0,5. – где и пересекается на графике в точке 0.5Emax с фазой U3 – смотрите рисунок наглядного изменения фаз по ссылке https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Spannungsverlauf_Dreiphasen-Wechselstrom.gif Эквивалентная схема при этом изменяется и представляет собой две последовательно включенные ветви, в одной из которых одна ЭДС и её сопротивление равно сопротивлению одной обмотки 3r, в другой две параллельно включенные ЭДС с сопротивлением 3r каждая, эквивалентное сопротивление двух параллельных ветвей равно 3r/2. Эквивалентное активное внутреннее сопротивление всей цепи равно 3r/2 + 3r = 9r/2 = 4,5r. В режимах близких к холостому ходу (при малых нагрузках) в параллельных ветвях ЭДС в ветви с большей ЭДС обратносмещает (закрывает) диод в ветви с меньшей ЭДС, при этом изменяется эквивалентная схема. При увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на нагрузку параллельно. В режиме короткого замыкания отрезки параллельной работы увеличиваются до длины всего периода, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (3−1,5)Em=(1,73−1,5)Em=0,23Em{\displaystyle ({\sqrt {3}}-1{,}5)E_{\text{m}}=(1{,}73-1{,}5)E_{\text{m}}=0{,}23E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,23/1,65 = 0,14 (14 %).

Трёхфазный выпрямитель «три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно» (6 диодов)[править | править код]

В литературе иногда называют «шестифазный» (см. немецкую страницу в Википедии de:Gleichrichter#Gleichrichter für Dreiphasenwechselstrom Sechspuls-Sternschaltung (M6): 6-Phasen-Gleichrichter mit Mittelpunktanzapfungen am Drehstromtransformator).

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста параллельно» и имеет почти такие же свойства, как и выпрямитель «три полных моста параллельно», но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больший.

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=1212Em=6Em{\displaystyle S=12\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=12{\frac {1}{2}}E_{\text{m}}=6E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=6Em2π=3Emπ=0,95Em=1,35E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6E_{m}}{2\pi }}={\frac {3E_{m}}{\pi }}=0{,}95E_{\text{m}}=1{,}35E_{\text{2eff}}}, то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

Трёхфазный выпрямитель «три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно» (6 диодов)[править | править код]

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста последовательно» и имеет почти такие же свойства, но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больше.

Трёхфазный выпрямитель «три полных моста параллельно» (12 диодов)[править | править код]

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

Менее известны полномостовые трёхфазные выпрямители по схеме «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах), и др., которые по многим параметрам превосходят выпрямитель Ларионова А. Н.. По схемам выпрямителей можно видеть, что выпрямитель Миткевича В. Ф. является «недостроенным» выпрямителем Ларионова А. Н., а выпрямитель Ларионова А. Н. является «недостроенным» выпрямителем «три параллельных моста».

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=1212Em=6Em{\displaystyle S=12\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=12{\frac {1}{2}}E_{\text{m}}=6E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=6Em2π=3Emπ=0,955Em=1,35E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6E_{m}}{2\pi }}={\frac {3E_{m}}{\pi }}=0{,}955E_{\text{m}}=1{,}35E_{\text{2eff}}}, то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

В режиме холостого хода ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке большого периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в мостах с меньшими на данном отрезке большого периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно активному сопротивлению одного моста (одной обмотки) 3r. При увеличении нагрузки (уменьшении R_n) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых два моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода при этом равно сопротивлению двух параллельных мостов 3r/2 = 1,5r. При дальнейшем увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых все три моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно сопротивлению трёх параллельных мостов r. В режиме короткого замыкания все три параллельных моста работают на нагрузку, но полезная мощность в этом режиме равна нулю. Из этого следует, что с учётом разницы величин ЭДС (3{\displaystyle {\sqrt {3}}}), эквивалентное внутреннее активное сопротивление (и потери в меди) выпрямителя «три параллельных моста» получается меньше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов». Из-за меньшего эквивалентного внутреннего активного сопротивления в выпрямителе «три параллельных полных моста» нагрузочные характеристики этих двух выпрямителей получаются разными.

Выпрямитель «три параллельных моста» имеет большую надёжность, чем выпрямитель «звезда-Ларионов». При обрыве (выгорании) 5/6 диодов выпрямитель «звезда-Ларионов» становится полностью неработоспособным, а выпрямитель «три параллельных моста», в случае оставшихся диодов в противоположных плечах одного моста, ещё даёт около 1/6 от полной мощности, чего может хватить, чтобы «дотянуть» до ремонта. В выпрямителе «три параллельных полных моста» средний ток через один диод почти вдвое меньше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов», а такие диоды дешевле и доступнее.

Недостатки

1. При очень малых токах нагрузки эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти равно активному сопротивлению одной обмотки, то есть больше, чем в выпрямителе «треугольник-Ларионов».

Устранение недостатка. При очень малых токах нагрузки схему «три параллельных моста» можно переключать на схему «треугольник-Ларионов» переключателем с тремя замыкающими контактными группами.

1. Из-за четырёхпроводной трёхфазной сети выпрямитель «три параллельных моста» может работать только вблизи трансформатора, выпрямитель Ларионова — на удалении от трансформатора.

Устранение недостатка. Проводка шестипроводной линии электропередачи.

По свойствам этот выпрямитель ближе к источникам тока и может почти во всех устройствах заменить выпрямители «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», (электропривод тепловозов, теплоходов, атомоходов, прокатных станов, буровых вышек, блоки питания мощных электролизёров, мощных радиопередатчиков, мощных радиолокаторов, мощных лазеров, электротранспорта постоянного тока, генераторы бортовой сети автотракторной и др. техники и в других устройствах), при этом уменьшается нагрев обмоток и сберегается около 4 % электроэнергии (топлива)).

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна

ru.wikipedia.org

Выпрямители: Трехфазный однополупериодный выпрямитель – Club155.ru

 

Схемы выпрямителей, работающих от трехфазной сети переменного тока, строятся по тем же принципам, что и однофазные выпрямители. Для получения схемы трехфазного однополупериодного выпрямления необходимо использовать три однополупериодных выпрямителя, питающих единую нагрузку, но запитываемых от трех фаз источника входного напряжения со средней точкой (рис. 3.4-11). При таком включении для каждого из трех источников напряжения характерно то, что ток из него поступает в нагрузку только во время одного из двух полупериодов колебаний напряжения (точнее в течение части времени этого полупериода). Три диода выпрямителя открываются по очереди в течение одной трети периода колебаний входного напряжения каждый.

 

Рис. 3.4-11. Трехфазный однополупериодный выпрямитель

 

При рассмотрении схемы однофазного двухполупериодного выпрямителя для расчета среднего напряжения нагрузки использовалась формула:

\( U_{н ср} = \cfrac{2}{T} {\huge \int \normalsize}_{0}^{T/2} U_{вх max} \sin{(\omega t)} \operatorname{d}t = \cfrac{2}{T} {\huge \int \normalsize}_{-T/4}^{T/4} U_{вх max} \cos{(\omega t)} \operatorname{d}t\)  

 

Не трудно показать, что если в общем случае за период колебания входного напряжения \(T\) будут последовательно (но не одновременно) проводить ток \(n\) диодов, то:

 \( U_{н ср \Sigma} = \cfrac{n}{T} {\huge \int \normalsize}_{-T/2n}^{T/2n} U_{вх max} \cos{(\omega t)} \operatorname{d}t\) 

При этом первой из присутствующих на выходе гармоник переменного напряжения будет гармоника с номером \(n\), т.е. основная частота пульсаций на выходе выпрямителя будет в \(n\) раз выше частоты колебаний входного напряжения.

Используя приведенную формулу и проведя разложение выходного напряжения выпрямителя в ряд Фурье, можно получить обобщенные выражения для среднего значения выходного напряжения (\(U_{н ср}\)), амплитуды первой из присутствующих гармоник (\(U_{max 01}\)) и коэффициента пульсаций выпрямителя (\(K_п\)).

\( U_{н рс} = \cfrac{n \cdot U_{вх max}}{\pi} \sin{(\pi / n)}     U_{max 01} = \cfrac{2 \cdot U_{н ср}}{n^2 -1}     K_п = \cfrac{2}{n^2 – 1} \)     (3.4.3)

 

В случае трехфазного однополупериодного выпрямителя \(n = 3\) и согласно приведенных формул:

\( U_{н ср} = \cfrac{3 \cdot U_{вх ф max}}{\pi} \sin{(\pi / 3)} \approx 0,827 \cdot U_{вх ф max}     K_п = \cfrac{2}{3^2 – 1} = 0,25 \) 

Здесь \(U_{вх ф max}\) — амплитуда фазного напряжения на входе выпрямителя. Основная частота пульсаций выходного напряжения равна утроенной частоте входного сигнала.

 

Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно амплитуде линейного напряжения на входе выпрямителя, т.е.:

\( U_{обр max} = U_{вх л max} = \sqrt{3} \cdot U_{вх ф max} \approx 2,1 \cdot U_{н ср}\) 

 

К недостаткам данной схемы следует отнести плохое использование трансформатора, который работает с подмагничиванием постоянным током (это явление описывалось при рассмотрении однофазного однополупериодного выпрямителя), и повышенное обратное напряжение на диодах.

 

 

 

< Предыдущая		Следующая >

www.club155.ru

Схемы трёхфазных (многофазных) выпрямителей | Volt-info

Описание

 Трёхфазную (многофазную) систему напряжений можно представить как три однофазных источника переменного напряжения, электрически соединённые между собой одним из выводов. Точка соединения является общим, нулевым выводом. На диаграммах будем изображать напряжения выводов разных фаз относительно общего. Диаграмма изменения напряжения одной фазы во времени представлена на рисунке 1 а). В симметричных многофазных системах однотипные изменения напряжений чередующихся фаз сдвинуты во времени на одинаковый интервал. Этот интервал определяет угол сдвига фаз. В трёхфазной системе он равен 120 градусам. Диаграмма трёхфазной системы напряжений представлена на рисунке 1 б).

Рисунок 1. Диаграммы напряжений одной фазы (а) и трёхфазной системы (б).

 

 По аналогии с однофазными, схемы многофазных выпрямителей делятся на два типа: однополупериодные (рис. 2 и 3) и двухполупериодные (рис. 5 и 6). В однополупериодных схемах при выпрямлении полезное действие на нагрузку оказывает только один полупериод напряжения каждой фазы, и, поскольку фазы распределены по времени и перекрывают друг друга, КПД такого выпрямителя будет незначительно ниже двухполупериодного, но будут заметны пульсации, обусловленные формой кривой напряжения. При использовании двухполупериодной схемы, пульсации выпрямленного напряжения будут заметно меньше.

 

Однополупериодный многофазный выпрямитель

 Принцип работы многофазного однополупериодного выпрямителя (см. схему на рис. 2 и 3) абсолютно идентичен однофазному (см. статью Элементарный выпрямитель на одном диоде). Особенность заключается в том, что рабочие (выпрямленные) полупериоды напряжений накладываются друг на друга с фазным сдвигом по времени (перекрываются) (см. диаграммы на рис. 4 и 7). При этом полученное постоянное напряжение имеет тем меньшие пульсации, чем больше фаз участвует в процессе работы. Наиболее часто применяются трёхфазные источники многофазной системы напряжения, поэтому обычно число фаз не превышает трёх. В схеме однополупериодного трёхфазного выпрямителя, рисунок 2, за время периода полезную работу производят только три рабочих полупериода напряжения. При этом пульсации выпрямленного напряжения будут иметь вид, показанный на рисунке 4 толстой чёрной кривой.

Рисунок 2. Схема трёхфазного однополупериодного выпрямителя.

 

 При увеличении числа фаз, схема усложняется незначительно – просто добавляется диод для каждой дополнительной фазы (рисунок 3). Увеличение числа фаз не имеет значимого практического смысла и в нашем случае может позволить лишь несколько снизить пульсации напряжения на выходе выпрямителя. Например, если увеличить число фаз в два раза (до 6), то пульсации напряжения на выходе будут несколько снижены, а диаграмма напряжений будет напоминать рисунок 7. Но это не имеет практического значения, поскольку того же эффекта можно добиться просто применив схему двухполупериодного выпрямителя, показанного на рисунке 5.

 Рисунок 3. Схема многофазного однополупериодного выпрямителя.

 Рисунок 4. Пульсации выпрямленного напряжения однополупериодным трёхфазным выпрямителем.

 

Трёхфазный двухполупериодный выпрямитель

фактически является модификацией своего однофазного предшественника. При увеличении количества фаз, с каждой последующей фазой в схему будет добавляться два полуплеча диодного моста в виде двух диодов (рисунок 6).

 Рисунок 5. Схема трёхфазного двухполупериодного выпрямителя.

 Рисунок 6. Схема многофазного двухполупериодного выпрямителя.

 

 При работе двухполупериодного трёхфазного выпрямителя в работе участвуют 6 рабочих полупериодов напряжения. На выходе такого выпрямителя напряжение имеет несколько меньшие пульсации (рис. 7), чем однополупериодного.

 Рисунок 7. Пульсации выпрямленного напряжения двухполупериодным трёхфазным выпрямителем.

volt-info.ru

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (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 U_ca, так как происходит переключение вентилей (с VD2 на VD3).

К недостатком этой схемы можно отнести:

• Высокий уровень обратного напряжения (среднее напряжение – фазное, обратное – линейное), что не позволяет использовать данную схему при повышенных уровнях напряжения.

• 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 B_m), 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.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

• более высокие токи нагрузки по сравнению с двухтактной схемой (малые потери из-за того, что в работе участвует один вентиль в любой момент времени).

Основные соотношения:

Трёхфазная мостовая схема выпрямления

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 t₃ происходит перекоммутация в катодной группе со второго на четвертый диод, т.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:

• Большое падение напряжения на внутреннем сопротивлении выпрямителя за счет работы двух вентилей, что не позволяет использовать схему при высоких значениях тока нагрузки.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

• Высокое значение коэффициента выпрямления К₀ и малый уровень обратного напряжения, что позволяет использовать схему при высоких уровнях напряжения.

• Малое значение коэффициента пульсаций по сравнению со схемой с нулевым выводом, что уменьшает габариты сглаживающего фильтра.

• 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.

Основные соотношения:

;;

;;

studfile.net

Выпрямители: Трехфазный однополупериодный выпрямитель – Club155.ru

 

Схемы выпрямителей, работающих от трехфазной сети переменного тока, строятся по тем же принципам, что и однофазные выпрямители. Для получения схемы трехфазного однополупериодного выпрямления необходимо использовать три однополупериодных выпрямителя, питающих единую нагрузку, но запитываемых от трех фаз источника входного напряжения со средней точкой (рис. 3.4-11). При таком включении для каждого из трех источников напряжения характерно то, что ток из него поступает в нагрузку только во время одного из двух полупериодов колебаний напряжения (точнее в течение части времени этого полупериода). Три диода выпрямителя открываются по очереди в течение одной трети периода колебаний входного напряжения каждый.

 

Рис. 3.4-11. Трехфазный однополупериодный выпрямитель

 

При рассмотрении схемы однофазного двухполупериодного выпрямителя для расчета среднего напряжения нагрузки использовалась формула:

\( U_{н ср} = \cfrac{2}{T} {\huge \int \normalsize}_{0}^{T/2} U_{вх max} \sin{(\omega t)} \operatorname{d}t = \cfrac{2}{T} {\huge \int \normalsize}_{-T/4}^{T/4} U_{вх max} \cos{(\omega t)} \operatorname{d}t\)  

 

Не трудно показать, что если в общем случае за период колебания входного напряжения \(T\) будут последовательно (но не одновременно) проводить ток \(n\) диодов, то:

 \( U_{н ср \Sigma} = \cfrac{n}{T} {\huge \int \normalsize}_{-T/2n}^{T/2n} U_{вх max} \cos{(\omega t)} \operatorname{d}t\) 

При этом первой из присутствующих на выходе гармоник переменного напряжения будет гармоника с номером \(n\), т.е. основная частота пульсаций на выходе выпрямителя будет в \(n\) раз выше частоты колебаний входного напряжения.

Используя приведенную формулу и проведя разложение выходного напряжения выпрямителя в ряд Фурье, можно получить обобщенные выражения для среднего значения выходного напряжения (\(U_{н ср}\)), амплитуды первой из присутствующих гармоник (\(U_{max 01}\)) и коэффициента пульсаций выпрямителя (\(K_п\)).

\( U_{н рс} = \cfrac{n \cdot U_{вх max}}{\pi} \sin{(\pi / n)}     U_{max 01} = \cfrac{2 \cdot U_{н ср}}{n^2 -1}     K_п = \cfrac{2}{n^2 – 1} \)     (3.4.3)

 

В случае трехфазного однополупериодного выпрямителя \(n = 3\) и согласно приведенных формул:

\( U_{н ср} = \cfrac{3 \cdot U_{вх ф max}}{\pi} \sin{(\pi / 3)} \approx 0,827 \cdot U_{вх ф max}     K_п = \cfrac{2}{3^2 – 1} = 0,25 \) 

Здесь \(U_{вх ф max}\) — амплитуда фазного напряжения на входе выпрямителя. Основная частота пульсаций выходного напряжения равна утроенной частоте входного сигнала.

 

Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно амплитуде линейного напряжения на входе выпрямителя, т.е.:

\( U_{обр max} = U_{вх л max} = \sqrt{3} \cdot U_{вх ф max} \approx 2,1 \cdot U_{н ср}\) 

 

К недостаткам данной схемы следует отнести плохое использование трансформатора, который работает с подмагничиванием постоянным током (это явление описывалось при рассмотрении однофазного однополупериодного выпрямителя), и повышенное обратное напряжение на диодах.

 

 

 

< Предыдущая		Следующая >

www.club155.ru