Расчет трехфазного выпрямителя: особенности, формулы, схемы

Как рассчитать параметры трехфазного выпрямителя. Какие схемы трехфазных выпрямителей существуют. Чем отличаются однополупериодные и двухполупериодные схемы. Как определить выходное напряжение и ток трехфазного выпрямителя.

Основные схемы трехфазных выпрямителей

Трехфазные выпрямители используются для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное. Существует два основных типа схем:

• Однополупериодные (трехпульсные)
• Двухполупериодные (шестипульсные)

Рассмотрим особенности каждой из этих схем:

Однополупериодная схема

Однополупериодная схема трехфазного выпрямителя состоит из трех диодов, подключенных к трем фазам трансформатора. Ее основные характеристики:

• Простота конструкции
• Высокий коэффициент пульсаций (около 25%)
• Низкий коэффициент использования трансформатора
• Среднее выпрямленное напряжение: Ud = 1.17Um, где Um — амплитуда фазного напряжения

Двухполупериодная мостовая схема

Двухполупериодная (мостовая) схема содержит 6 диодов, образующих мостовую конфигурацию. Ее преимущества:

• Низкий коэффициент пульсаций (около 5.7%)
• Высокий коэффициент использования трансформатора
• Среднее выпрямленное напряжение: Ud = 2.34Um
• Отсутствие подмагничивания сердечника трансформатора

Расчет параметров трехфазного мостового выпрямителя

При расчете трехфазного мостового выпрямителя необходимо определить следующие основные параметры:

Среднее значение выпрямленного напряжения

Среднее значение выпрямленного напряжения Ud рассчитывается по формуле:

Ud = 2.34 * Um = 2.34 * √2 * Uф = 3.3 * Uф

где Uф — действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

Действующее значение тока I2 определяется следующим образом:

I2 = 0.815 * Id

где Id — средний выпрямленный ток.

Максимальное обратное напряжение на диоде

Максимальное обратное напряжение Uобр.макс, прикладываемое к закрытому диоду:

Uобр.макс = 2.09 * Ud

Особенности расчета трехфазных выпрямителей

При расчете трехфазных выпрямителей важно учитывать ряд факторов:

Коэффициент пульсаций

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения Kп определяется по формуле:

Kп = (Uмакс — Uмин) / (2 * Ud)

Для трехфазной мостовой схемы теоретическое значение Kп составляет 0.057 (5.7%).

Выбор диодов

При выборе диодов для трехфазного выпрямителя необходимо учитывать:

• Максимальное обратное напряжение
• Средний выпрямленный ток через диод
• Максимальный прямой ток
• Допустимую рабочую температуру

Средний ток через диод Id.ср составляет 1/3 от общего выпрямленного тока:

Id.ср = Id / 3

Сравнение однополупериодной и двухполупериодной схем

Сравним основные параметры однополупериодной и двухполупериодной схем трехфазных выпрямителей:

Параметр	Однополупериодная схема	Двухполупериодная схема
Среднее выпрямленное напряжение	1.17 * Um	2.34 * Um
Коэффициент пульсаций	0.25 (25%)	0.057 (5.7%)
Частота пульсаций	3 * f	6 * f
Количество диодов	3	6

Где f — частота питающей сети.

Расчет фильтра для сглаживания пульсаций

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяются сглаживающие фильтры. Рассмотрим расчет простейшего LC-фильтра:

Индуктивность дросселя

Индуктивность дросселя L определяется по формуле:

L = Ud / (2π * f * m^2 * Id * Kп.вых)

где: m — число пульсаций за период (для трехфазной мостовой схемы m = 6) Kп.вых — требуемый коэффициент пульсаций на выходе фильтра

Емкость конденсатора

Емкость конденсатора C рассчитывается следующим образом:

C = 1 / (4π^2 * f^2 * m^2 * L)

Влияние нагрузки на работу трехфазного выпрямителя

Характер нагрузки оказывает существенное влияние на работу трехфазного выпрямителя. Рассмотрим основные типы нагрузок:

Активная нагрузка

При чисто активной нагрузке:

• Форма выпрямленного напряжения близка к расчетной
• Коэффициент пульсаций соответствует теоретическому значению
• Диоды работают в расчетном режиме

Индуктивная нагрузка

При наличии индуктивности в цепи нагрузки:

• Уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения
• Увеличивается длительность протекания тока через диоды
• Возможно возникновение коммутационных перенапряжений

Емкостная нагрузка

При емкостном характере нагрузки:

• Увеличивается амплитуда выпрямленного напряжения
• Возрастают пиковые токи через диоды
• Уменьшается длительность протекания тока через диоды

Особенности работы трехфазного выпрямителя на противо-ЭДС

При работе трехфазного выпрямителя на нагрузку с противо-ЭДС (например, аккумуляторную батарею) возникают следующие особенности:

• Уменьшается среднее значение выпрямленного напряжения
• Сокращается длительность протекания тока через диоды
• Возможно возникновение режима прерывистых токов

Для расчета выпрямленного напряжения в этом случае используется формула:

Ud = 2.34 * Um — ΔU

где ΔU — падение напряжения, вызванное противо-ЭДС нагрузки.

Расчёт мостовых выпрямителей в курсовом проектировании силовых преобразователей

Похожие презентации:

Полупроводниковые выпрямители. Лекция15

Выпрямители. Определение и классификация выпрямителей

Схемы выпрямителей

Преобразовательные устройства

Выпрямители. Однофазная однополупериодная схема выпрямления

Частотно-керовані електроприводи змінного струму

Компонентная база электроники

Однофазный однополупериодный выпрямитель. Однополупериодный инвертор. Преобразователи частоты в электроприводе

Шестипульсовая (трехфазная) мостовая схема управляемого выпрямителя

Силовая электроника

Расчёт мостовых выпрямителей в курсовом проектировании
силовых преобразователей
Мостовые выпрямители в курсовом проектировании применяются в качестве входных
бестрансформаторных выпрямителей сетевого напряжения, питающего большинство
преобразователей.
Если мощность нагрузки проектируемого преобразователя превышает 2,5 кВт, то, как
правило, осуществляется питание от трехфазной сети переменного тока и необходимо
в схеме применить трехфазный мостовой выпрямитель.
Если мощность нагрузки проектируемого преобразователя меньше 2,5 кВт, то
осуществляют питание от однофазной сети переменного тока и в этом случае
используют однофазную мостовую схему выпрямления.
VD1
Iвх
Rэкв.
VD3
VD1
Id
Ivd
A
0
VD2
VD4
Однофазная мостовая схема
A
B
C
VD2
Iвх
VD3
Id
Ivd
Rэкв.
VD4
VD5
VD6
Трёхфазная мостовая схема
Методика расчета трехфазного мостового выпрямителя
VD1
A
B
C
VD2
Iвх
VD3
Ivd
Ud
VD4
VD5
VD6
Id
Rэкв.
1) Определяем средневыпрямленное
напряжение Ud на выходе выпрямителя, с
учётом диапазона нестабильности сетевого
напряжения:
где 380 В – линейное напряжение входной сети
UAB = UBC = UAC
2) Определяем мощность, которую выпрямитель отдаёт в дальнейшую часть
силовой схемы.
где Pн – мощность нагрузки, дана в задании на курсовой проект;
КПД – предполагаемый наихудший коэффициент полезного действия
силовой части схемы, питаемой данным сетевым выпрямителем, этой
величиной на первом этапе выполнения проекта необходимо задаться
в диапазоне 0,85 – 0,9.
Возьмём для примера мощность нагрузки равную 10 кВт, и задавшись КПД остальной

части силового преобразователя равной 0,9, определим мощность выдаваемую
выпрямителем на выходе:
3) Определяем максимальный ток Id на выходе выпрямителя, его значение будет при
минимальном напряжении питающей сети, и соответственно при минимальном
выходном напряжении на Rэкв.
4) Определяем средний ток, протекающий в каждом диоде выпрямительного моста:
5) Определяем максимальное обратное напряжение, прикладываемое к каждому из
диодов, с частотой 50 Гц, длительность приложенного обратного напряжения в данном
случае составляет 4π/3, если считать период равным 2π.
Обратное напряжение, прикладываемое к диоду в запирающем направлении, в
данном случае равно амплитуде линейного сетевого напряжения, с учетом
увеличения сетевого напряжения на 10 % (согласно заданию):
VD1
A
B
C
VD2
Iвх
VD3
Id
Ivd
Ud
VD4
VD5
VD6
Ivd
Rэкв.
На каждом из интервалов проводимости
работает одна пара диодов. В данном случае
для примера представлена работа диодной
пары VD2-VD6, оба открыты и проводят вместе
ток в течение интервала π/6, под действием
линейного напряжения UАВ.
В течение этого же интервала проводимости
диоды VD3 и VD5 находятся под обратным
напряжением Ud, максимальная величина
которого определена в п. 5, и равна 590 В.
p/6
Ud
Udmax
θ
6) По найденным значениям прямого тока
и обратного напряжения, выбираем из
справочника
по
полупроводниковым
приборам подходящий для данных
условий работы полупроводниковый диод.
Выбирать диод следует с коэффициентом
запаса 1,5÷2.
Для выбора полупроводниковых и прочих элементов силовых цепей рекомендуется
пользоваться электронными справочными ресурсами:
http://www.digikey.ru http://ru.mouser.com http://www.elvpr.ru
Выбираем подходящий для данных условий работы диод VS-20ETS08, фирма
изготовитель VISHAY.
Выбранный диод изготавливается в корпусе ТО-220, с возможностью установки на
радиатор.
В паспортных данных на диод находим график зависимости прямого падения
напряжения Uf на диоде в функции от прямого тока If, протекающего через него.
7) На данном графике представлены две зависимости, для двух крайних возможных
температурных режимов 25 гр. и 150 гр. Выбор проводим для промежуточной
температуры 75 гр. По току рассчитанному в п.4 Ivd = 8 A определяем, что падение
напряжения на диоде будет составлять приблизительно 0,9 В
8) Определяем мощность активных потерь в диоде, показатель определяющий нагрев
полупроводникового кристалла диода, и как следствие, его корпуса.
Полученная мощность потерь будет выделяться в каждом диоде моста, соответственно

суммарная мощность потерь моста составит шестикратную величину
Далее необходимо выполнить расчет площади охлаждающего радиатора, на который
будут установлены выбранные диоды.

English     Русский Правила

мир электроники — Расчет выпрямителей напряжения

Основы электротехники

 материалы в категории

Выпрямители относятся ко вторичным источникам электропитания, для которых первичным источником являются сети переменного тока.
Выпрямитель — это устройство, которое преобразует переменное напряжение питающей сети в однонаправленное пульсирующее. Именно однонаправленное пульсирующее так как назвать его постоянным немного некорректно. Существует и несколько иное определение: выпрямитель предназначен для преобразования переменного напряжения в импульсное напряжение одной полярности.

Выпрямители могут быть однополупериодные и двуполупериодные. К тому же они разделяются на однофазные и многофазные.

Итак, начнем с однофазного однополупериодного выпрямителя на полупроводниковом диоде.

Однополупериодный выпрямитель

Схема однополупериодного выпрямителя до боли проста и объяснять тут нечего. Для наглядности положительные и отрицательные полуволны показаны разными цветами. Поскольку диод обладает свойствами односторонней проводимости, на выходе получается пульсирующее напряжение одной полярности. Для схемы характерны следующие параметры:

Среднее значение выпрямленного напряжения

 

Действующее значение входного напряжения

Среднее значение выпрямленного тока

Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора

Коэффициент пульсаций

К достоинствам схемы можно отнести простоту конструкции. Недостатки — большие пульсации, малые значения выпрямленного тока и напряжения, низкий КПД. Применяется такая схема для питания низкоомных нагрузок, некритичных к высоким пульсациям.

В бытовой технике однолупериодные выпрямители применяются в основном в импульсных источниках питания: из-за большой рабочей частоты (около 15 кГц а иногда и выше) пульсации не столь чувствительны и их легче сгладить.

Двухполупериодный выпрямитель

Схема выпрямления с выводом от средней точки трансформатора

 

Пунктиром показано напряжение на входе второго диода. Как видно из графиков, во время первого полупериода первый диод открыт и на нагрузке создается падение напряжения. Во время второго полупериода первый диод закрывается, поскольку оказывается включенным в обратном направлении, а второй, наоборот, открывается и на нагрузке снова выделяется положительная полуволна. На схеме плюсиками и минусами обозначено действие полуволн переменного тока. Частота пульсаций двуполупериодного выпрямителя вдвое больше, что является его достоинством. Для такой схемы характерны следующие параметры:

U_ср = 0.9U_вх
U_вх = 1.11U_ср
I_ср = 0.9U_вх/R_н
I₂ = 0.78I_ср
p = 0.67

Достоинства: удвоенные значения U_ср и I_ср, вдвое меньший коэффициент пульсаций по сравнению с однополупериодной схемой. Недостатки: наличие трансформатора с двумя симметричными обмотками (что увеличивает его массогабаритные показатели). К тому же на диодах удвоенное обратное напряжение.

Мостовая схема выпрямителя

Параметры такие же, как и двухполупериодной схемы со средним выводом, кроме обратного напряжения (оно в два раза меньше). Положительная полуволна (с верхнего по схеме вывода трансформатора) проходит через диод VD2, затем через нагрузку, затем через VD3 ко второму выводу трансформатора. При смене направления тока работают диоды VD4, VD1. Недостатком схемы считается удвоенное число диодов.
Положительный момент в схеме- не нужен трансформатор со средней точкой.

Трехфазный выпрямитель

Трехфазные выпрямители так-же делятся на однополупериодные и двухполупериодные: вот схемы:

Однополупериодный трехфазный выпрямитель

ниже показаны диаграммы трехфазного однополупериодного выпрямителя

Каждая фаза смещена относительно другой на угол 120°. На нагрузке работает та фаза, у которой больше значение положительной полуволны в данный момент времени. В схеме диоды используются в течении 1/3 периода. При этом необходимо наличие средней точки. Среднее значение выпрямленного напряжения U_ср = 1.17U_вх, обратное напряжениеU_обр.max = 2.1U_ср, коэффициент пульсаций 0.25.

Двухполупериодный трехфазный выпрямитель

По принципу действия такая схема аналогична однофазной двухполупериодной (мостовой). Для нее характерно: U_ср = 2.34U_вх, U_обр.max = 1.05U_ср, p = 0.057. Находит применение при различных величинах входного напряжения и токах нагрузки в сотни Ампер. Схема экономична, имеет низкие пульсации. Однако в реальных схемах коэффициент пульсаций составляет 8-10% из-за несимметричности фазных питающих напряжений.

Примечание: сайт-источник naf-st.ru

НАШ ФОРУМ

 

 

pwm — 3-фазные расчеты

спросил 3 года 11 месяцев назад

Изменено 3 года, 11 месяцев назад

Просмотрено 370 раз

\$\начало группы\$

У меня есть 3-х фазная сеть электроснабжения с фазным напряжением 220 В, 50 Гц.

Я постоянно путаюсь в различных расчетах трехфазной сети, например:

1. Формула для линейного напряжения.
2. Формула для среднего и среднеквадратичного выходного сигнала трехфазного мостового выпрямителя.
3. Если я использую этот выход мостового выпрямителя в качестве напряжения в звене постоянного тока для питания 3-фазного полного H-моста и управления им с помощью 3-фазной синусоидальной ШИМ, то каковы будут среднее и среднеквадратичное напряжения результирующих 3-фазных синусоид?

• ШИМ
• инвертор
• трехфазный
• мост-выпрямитель
• полный мост

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

1. Формула для линейного напряжения.

$$ V_{ph-ph} = \sqrt 3 V_{ph-n} $$

2. Формула для среднего и среднеквадратичного выходного сигнала трехфазного мостового выпрямителя.

$$ V_a = \frac {3 \sqrt 3}{\pi}V_m = 1,654 V_m $$

, где \$V_m\$ — пиковое напряжение между фазой и нейтралью.

$$ V_{rms} = 1,655 V_m $$

, что очень близко к среднему значению.

Учебная статья Дублинского технологического института — Трехфазный выпрямитель, похоже, должна вам помочь.

3. Если я использую этот выход мостового выпрямителя в качестве напряжения в звене постоянного тока для питания 3-фазного полного Н-моста и управления им с помощью 3-фазной синусоидальной ШИМ, то каким будет среднее и среднеквадратичное напряжения результирующих 3-фазных синусоид ?

Среднее значение синуса равно нулю.

Без учета потерь максимальное межфазное выходное напряжение равно напряжению звена постоянного тока. Это будет ваш пиковый переменный ток, поэтому среднеквадратичное значение вашего выходного напряжения будет \$ \frac {1}{\sqrt 2}V_{DC} \$. (СКО синуса равно \$ \frac {1}{\sqrt 2}V_{pk} \$. )

\$\конечная группа\$

2

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Расчет напряжения диода в трехфазном двухполупериодном диодном выпрямителе

Задавать вопрос

спросил 3 года, 1 месяц назад

Изменено 3 года, 1 месяц назад

Просмотрено 56 раз

\$\начало группы\$

Рассматривая идеальный диод в трехфазном двухполупериодном диодном выпрямителе, мы можем представить систему на рисунке ниже.

Я нашел окончательное уравнение для \$v_{D6}\$, но не могу понять, как оно было получено. \$v_{D6} = u_{st} + \frac{L_i}{2L_i+L_0} (u_{rs}-v_0)\$

Может ли кто-нибудь помочь мне с выводом этого уравнения (уравнений).

• выпрямитель
• вывод формулы

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Итак, деривация найдена с подсказкой Тони Стюарта Sunnyskyguy EE75.