Трехфазный мостовой выпрямитель (рис. 3.2) состоит из трехфазного трансформатора и комплекта диодов, собранных по трехфазной мостовой схеме (схема профессора А.Н. Ларионова).
В схеме выпрямителя используется шесть диодов: VD 1... VD 6. Три диода (VD 1, VD 3, VD 5) соединены в катодную группу. Их общая точка имеет положительную полярность. Из этих трех диодов проводящим будет тот, на аноде которого в данный момент наиболее высокий положительный потенциал. Три диода (VD 2, VD 4, VD 6) соединены в общую точку анодами и образуют анодную группу.
Их общая точка имеет отрицательную полярность. Из диодов анодной группы проводящим будет тот, на катоде которого наиболее отрицательный потенциал. В каждый момент времени в рассматриваемой схеме выпрямителя, как и в однофазной мостовой схеме, открыты два диода: один - в катодной, а другой - в анодной группах. Каждый диод работает в течение одной трети периода (рис.3.2, г, д), что отражено на графиках для токов катодной (iVDк) и анодной (iVD a) групп.
Рисунок 3.2 - Трехфазный мостовой выпрямитель (схема Ларионова):
|
|
а – электрическая принципиальная схема;
б-е – диаграммы напряжений и токов
На рис. 3.2,б изображены кривые мгновенных значений напряжений в фазах вторичных обмоток трансформатора u а, ub, u c а на рис. 3.2, в - кривые выпрямленных напряжения ud и тока id. На интервале t 1- t 2, равном p/3, напряжение фазы a (u a) имеет наибольшее положительное значение и, следовательно, на аноде диода VD 1 потенциал наиболее высокий, т.е. диод VD 1 открыт. Наибольшее отрицательное значение на этом же интервале имеет напряжение фазы b (ub), т.е. катод диода VD 4 имеет наибольший отрицательный потенциал, отпирающий этот диод.
Таким образом, на интервале t 1 – t 2 к сопротивлению нагрузки через открытые диоды VD 1 и VD 4 будет приложено линейное напряжение между точками a и b (uab). Под действием этого напряжения ток будет протекать по цепи: + u а, VD 1, Rd, VD 4, - ub. В момент t 2 (M 1 - точка естественной коммутации диодов) мгновенные значения напряжений u в и u с равны, а далее напряжение u c будет более отрицательным. Это приведет к открытию диода VD 6. Диод VD 1 будет оставаться открытым, так как u a остается положительным.
На интервале t 2 – t 3, также равном p/3, будут открыты диоды VD 1 и VD 6, к сопротивлению нагрузки будет приложено линейное напряжение между точками а и с, и ток будет протекать в том же направлении по цепи: + u а, VD 1, Rd, VD 6, - u с. В момент t 3 (точка N 1) произойдет переключение диодов VD 1 и VD 3; диод VD 3 откроется, так как u в будет равным u a и далее большим, а диод VD 1 закроется.
На интервале t 3 - t 4 открыты диоды VD 3 и VD 6, ток будет протекать по цепи: + ub, VD 3, Rd, VD 6, - u с. Далее процессы переключения диодов происходят в точках M 2 (VD 6 и VD 2), N 2 (VD 3 и VD 5), M 3 (VD 2 и VD 4), N 3 (VD 5 и VD 1), обеспечивая протекание тока по нагрузке в одном направлении.
|
|
Поскольку на нагрузку работают две последовательно соединенные вторичные фазовые обмотки трансформатора, то график выпрямленного напряжения ud представляет собой сумму огибающих фазовых напряжений работающих обмоток трансформатора.
Можно сформулировать правило: в схеме в любой момент времени открыты только два вентиля - а именно те, через которые к резистору нагрузки приложено наибольшее линейное напряжение
uab = u a-(- ub), ubc = ub -(- u c).
Период изменения основной гармонической переменной составляющей выпрямленного напряжения, как видно из рис.3.2, в, в 6 раз меньше периода изменения тока сети (Т 1 = Т с/6). Следовательно, частота этой гармоники в 6 раз больше частоты тока питающей сети (f 1 = 6 f c). Несмотря на то, что схема получает электропитание от трехфазного трансформатора, кривая выпрямленного напряжения соответствует шестифазной схеме.
Мгновенное значение выпрямленного напряжения равно линейному напряжению работающих одновременно фаз:
(3.3)
Среднее значение выпрямленного напряжения равно:
(3.4)
Приняв для удобства за начало отсчета точку О1 на огибающей ud (посредине между t 1 = p/6 и t 2 = 3p/6 на рис.3.2, в), выразим среднее значение выпрямленного напряжения через функцию косинуса
(3.5)
Основные соотношения, показатели качества выпрямления и энергетические параметры трехфазной двухтактной мостовой схемы выпрямления приведены в таблице 3.1.
Достоинства трехфазной двухтактной мостовой схемы выпрямления по сравнению с предыдущими схемами перечислены ниже.
1. Отсутствие вынужденного подмагничивания постоянной составляющей выпрямленного тока, что обеспечивает высокое значение коэффициента использования трансформатора.
2. Малая амплитуда обратного напряжения.
3. Возможность включения вентилей непосредственно в сеть переменного тока (без трансформатора), если напряжение имеет требуемую величину.
Основным недостатком данной схемы выпрямления является необходимость применения шести вентилей вместо трех по сравнению с предыдущей схемой Миткевича.
Трехфазные мостовые выпрямители находят наиболее широкое применение в ИВЭ РЭС при питании от трехфазных первичных источников.