Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель: принцип работы, характеристики и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как устроен трехфазный мостовой управляемый выпрямитель. Каковы его основные преимущества. Где применяются такие выпрямители. Как регулируется выходное напряжение. Какие режимы работы возможны.

Содержание

Принцип работы трехфазного мостового управляемого выпрямителя

Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель представляет собой устройство для преобразования трехфазного переменного тока в регулируемый постоянный ток. Он состоит из шести управляемых вентилей (обычно тиристоров), соединенных по мостовой схеме.

Основные особенности работы данной схемы:

Вентили образуют две группы — анодную и катодную, по 3 вентиля в каждой
В каждый момент времени ток проводят два вентиля — один из анодной и один из катодной группы
Нагрузка подключается к двум фазам вторичной обмотки трансформатора
Управление осуществляется путем изменения угла открытия тиристоров

Как происходит выпрямление напряжения в такой схеме? Рассмотрим принцип работы трехфазного мостового управляемого выпрямителя подробнее.

Последовательность работы вентилей

Вентили схемы открываются в следующей последовательности:

VD1 + VD6
VD1 + VD2
VD3 + VD2
VD3 + VD4
VD5 + VD4
VD5 + VD6

Каждый вентиль проводит ток в течение 120° периода питающего напряжения. При этом нагрузка всегда подключена к двум фазам трансформатора через два открытых вентиля.

Регулирование выходного напряжения

Основным параметром, определяющим работу схемы, является угол управления α. Это угол задержки подачи управляющего импульса на тиристор относительно точки естественного открытия диода.

При изменении угла α от 0° до 180° среднее значение выпрямленного напряжения плавно регулируется от максимального до нуля по закону:

Ud = Ud0 * cos α

где Ud0 — напряжение при α = 0°.

Основные характеристики трехфазного мостового управляемого выпрямителя

Рассмотрим ключевые параметры и характеристики данной схемы выпрямления:

Коэффициент пульсаций

Коэффициент пульсаций выходного напряжения в 6 раз ниже, чем у однофазной мостовой схемы. Это позволяет уменьшить габариты сглаживающего фильтра.

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности выпрямителя зависит от угла управления α. При α = 0° он близок к единице. С увеличением α коэффициент мощности снижается.

Коэффициент полезного действия

КПД трехфазного мостового управляемого выпрямителя достигает 95-98% благодаря низким потерям в силовых элементах.

Внешняя характеристика

Внешняя характеристика выпрямителя близка к линейной. При увеличении тока нагрузки напряжение незначительно снижается из-за падения на активных сопротивлениях элементов схемы.

Преимущества трехфазного мостового управляемого выпрямителя

Данная схема имеет ряд важных достоинств по сравнению с другими типами выпрямителей:

Высокий КПД до 98%
Низкий коэффициент пульсаций выходного напряжения

Возможность плавного регулирования выходного напряжения
Большая выходная мощность
Симметричная нагрузка фаз питающей сети
Возможность работы в режиме инвертирования

Благодаря этим преимуществам трехфазные мостовые управляемые выпрямители нашли широкое применение в промышленности.

Область применения трехфазных мостовых управляемых выпрямителей

Где используются такие выпрямительные устройства? Основные сферы применения:

Электропривод постоянного тока средней и большой мощности
Электролизные установки
Зарядные устройства мощных аккумуляторных батарей
Сварочное оборудование
Гальванические производства
Системы возбуждения синхронных машин

Таким образом, трехфазные мостовые управляемые выпрямители востребованы везде, где требуется преобразование трехфазного переменного тока в регулируемый постоянный ток большой мощности.

Режимы работы трехфазного мостового управляемого выпрямителя

В зависимости от характера нагрузки и угла управления α возможны различные режимы работы выпрямителя:

Режим непрерывного тока

Наблюдается при работе на активно-индуктивную нагрузку с большой индуктивностью. Ток в нагрузке не прерывается и имеет небольшие пульсации. Этот режим характерен для электроприводов.

Режим прерывистого тока

Возникает при работе на активную нагрузку и больших углах управления α > 60°. В кривой выпрямленного напряжения появляются нулевые паузы.

Инверторный режим

Возможен при работе на противо-ЭДС и углах α > 90°. В этом режиме энергия передается из цепи постоянного тока в сеть переменного тока. Используется для рекуперативного торможения электроприводов.

Выбор режима работы определяется конкретным применением выпрямителя и требованиями к качеству выходного напряжения.

Особенности схемы управления трехфазным мостовым выпрямителем

Система управления тиристорами выпрямителя должна обеспечивать:

Синхронизацию управляющих импульсов с напряжением сети
Регулирование угла управления α в диапазоне 0-180°
Формирование импульсов управления требуемой длительности
Распределение импульсов по тиристорам в нужной последовательности

Какие требования предъявляются к системе управления трехфазным мостовым выпрямителем? Рассмотрим основные особенности:

Синхронизация с сетью

Для правильной работы схемы необходима точная привязка моментов подачи управляющих импульсов к фазам питающего напряжения. Обычно используется синхронизация с линейными напряжениями.

Регулирование угла α

Угол управления α задается внешним сигналом. Система управления должна обеспечивать линейную зависимость α от управляющего воздействия во всем диапазоне регулирования.

Формирование импульсов

Длительность управляющих импульсов выбирается в диапазоне 100-400 мкс. Для надежного открытия тиристоров амплитуда импульсов должна быть не менее 2-3 В.

Распределение импульсов

Система управления формирует 6 каналов импульсов с фазовым сдвигом 60° для поочередного открытия тиристоров в нужной последовательности.

Правильно спроектированная система управления обеспечивает устойчивую работу выпрямителя во всех режимах.

Сравнение трехфазного мостового управляемого выпрямителя с другими схемами

Чем отличается данная схема от других типов выпрямителей? Проведем сравнение по основным параметрам:

Параметр	Трехфазная мостовая управляемая	Трехфазная нулевая	Однофазная мостовая
Количество вентилей	6	3	4
Коэффициент пульсаций	0.057	0.25	0.67
Коэффициент мощности	0.96	0.96	0.9
Диапазон регулирования Ud	0-100%	0-100%	0-100%
Максимальная мощность	Высокая	Средняя	Низкая

Как видно из сравнения, трехфазная мостовая схема имеет наилучшие показатели по большинству параметров, что обуславливает ее широкое применение.

Проблемы и недостатки трехфазных мостовых управляемых выпрямителей

Несмотря на множество достоинств, данные выпрямители имеют и некоторые недостатки:

Сложность системы управления
Высокая стоимость силовых полупроводниковых приборов
Генерация высших гармоник в питающую сеть
Низкий коэффициент мощности при глубоком регулировании
Чувствительность к несимметрии и колебаниям напряжения сети

Какие проблемы возникают при эксплуатации трехфазных мостовых управляемых выпрямителей? Рассмотрим основные из них:

Проблема высших гармоник

При работе выпрямителя в сеть генерируются высшие гармоники тока, что приводит к искажению формы напряжения. Для подавления гармоник применяются специальные фильтры.

Снижение коэффициента мощности

При увеличении угла управления α растет потребление реактивной мощности и снижается коэффициент мощности. Для его повышения используются компенсирующие устройства.

Несимметрия напряжений

Колебания и несимметрия напряжений сети вызывают появление пульсаций выпрямленного напряжения. Для их уменьшения применяют стабилизаторы.

Понимание этих проблем позволяет принять меры для их устранения и обеспечить надежную работу выпрямительных установок.

ТРЕХФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Такие УВ наиболее широко распространены в области средних и больших мощностей, что связано с их высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками. Вентили схемы (рис. 4) образуют две группы: катодную

(VD1, VD3, VD5) и анодную, и нагрузка оказывается подключенной к двум фазам вторичной обмотки трансформатора. Можно также считать, что нагрузка получает питание от двух последовательно включенных нулевых трехфазных схем выпрямления.

Особенностью схемы управления таким УВ является то, что она должна обеспечивать подачу сигналов управления при включении схемы, а также в некоторых других случаях — одновременно на два тиристора из разных групп. Приработа УВ на активную и индуктивную нагрузку одинакова

и полностью совпадает с режимом неуправляемого выпрямителя; при имеют место различия.

На рис. 5 показаны диаграммы работы трехфазного мостового УВ на активную нагрузку при. Как видно из диаграмм, при

кривыенепрерывны (уголотсчитывается от точки пересечения

фазных напряжений). По мере увеличениязначения уменьшаются по закону

где

Рис. 4. Трехфазный мостовой УВ

Рис. 5. Диаграммы работы трехфазного мостового УВ на активную нагрузку

при различных углах регулирования

Уголявляется критическим и при дальнейшем его увеличении в

кривыхипоявляются паузы, т. е. наступает режим работы УВ с прерывистым выпрямленным током (при активной нагрузке!). Для обеспечения этого режима на управляющие электроды тиристоров следует подавать либо сдвоенные импульсы с интервалом, либо удлиненные шириной не менее(показано на диаграмме для). Например, для

того чтобы открыть тиристор VD1 в моменти обеспечить цепь тока, необходимо подать такой же сигнал на VD6. После того как разность мгновенных напряженийстанет равной нулю, оба тиристора

закроются, а в момент времени

t₃ должен вступить в работу VD2, который откроется только при наличии повторного управляющего сигнала на VD1 или при длительности его более

Для режима прерывистых токов

При работе трехфазного мостового УВ на индуктивную нагрузку режим работы существенно изменяется (рис. 6). Так, ток в нагрузке остается (при данном) неизменным, каждый тиристор работает 1/3 периода, но переход тока с одного тиристора на другой происходит не в момент равенства фазных напряжений, а со сдвигом на угол а.Токи во вторичных, a следовательно, и в первичных обмотках представляют собой прямоугольные импульсы длительностью 1/3 периода одного и столько же другого направления. Сигналы управления подаются на тиристоры в соответствии с графиком 6, б, но при запуске схемы необходимо выполнить условие одновременной подачи сигнала на оба тиристора. С увеличением уменьшаются средние значенияно припереходс кривой

одного линейного напряжения на кривую другого происходит в пределах положительной полярности участков этих линейных напряжений, поэтому кривыеи его среднее значение одинаковы при активной и индуктивной нагрузках.

Рис. 6. Диаграмма работы трехфазного мостового УВ на индуктивную нагрузку.

При в кривой(на рис. 7, показаны кривые линейных напряжений, так как именно они формируют напряжение на нагрузке) появляются участки с отрицательным напряжением, происходит более интенсивное снижениеПриэти площадки равны между собой и

. Поэтому для индуктивной нагрузки, а регулировочная характеристика трехфазной мостовой схемы имеет вид, показанный на рис. 8 (кривая а).

Рис. 7. Диаграммы работы трехфазного мостового УВ при различных углах

регулирования

Рис. 8. Регулировочные характеристики трехфазного УВ

На диаграмме (рис. 6, г) показан график изменения прямого и обратного напряжения на одном из вентилей. Эти напряжения не могут превышать, т.е. определяются линейным напряжением вторичной

обмотки трансформатора. Следует отметить, что в принципе данная схема может применяться без специального трансформатора, получая питание непосредственно от сети.

При работа схемы возможна, но уже в инверторном режиме,

когда происходит преобразование энергии источника постоянного тока,

Управляемый мостовой трехфазный выпрямитель | Электротехника

В симметричной (полностью управляемой) мостовой схеме диоды VD1 – VD6 заменим на тиристоры VS1 – VS6 (см. рис. 2.2, a). Как и в трехфазной нулевой схеме при работе на активную нагрузку, мостовой выпрямитель может иметь два различных режима работы: режимы прерывистого и непрерывного тока. На рис. 4.2, а, б представлены кривые выпрямленного напряжения и тока для трех значений углов α. Из рисунка следует, что прерывистый ток в нагрузке протекает при α >π /3.

Для области непрерывного тока (α ) среднее выпрямленное напряжение равно:

. (4.3)

В выражении (4.3) производится интегрирование линейного напряжения за интервал проводимости тиристора. В режиме прерывистого тока (α > π/З) мгновенное значение выпрямленного напряжения равно нулю при θ = π в соответствии с кривой вторичного напряжения трансформатора. Для этого случая имеем:

, (4.4)

предельным углом регулирования, при котором U_d = 0, является угол α = 120°.

Для нормальной работы мостовой схемы необходимо подавать на управляющие электроды тиристоров импульсы шириной не менее 60° или сдвоенные импульсы, отстающие друг от друга на указанный интервал (рис. 4.2, в, г). При запуске выпрямителя импульс управления (например, при θ = θ₁) подается на тиристор VS1 катодной группы. Однако VS1 не включается, так как в анодной группе все тиристоры заперты.

Через промежуток, равный 60° (θ = θ₂), управляющий импульс поступает на тиристор VS2. Если в этот момент на управляющем электроде тиристора будут отсутствовать импульсы, VS2 не включится. В режиме прерывистого тока (см. рис. 4.2, a, б) также необходимо подавать повторный управляющий импульс на соответствующий тиристор в противоположной группе. На рис. 4.2, в показано положение импульсов для двух значений углов управления.

При работе выпрямителя на обмотку возбуждения МПТ с большой индуктивностью ток нагрузки непрерывен во всем диапазоне изменения α. В связи с этим среднее выпрямленное напряжение может быть найдено по формуле (4.3).

Как уже указывалось, в мостовой схеме можно использовать только половину тиристоров катодной или анодной группы. Получающаяся при этом несимметричная (полууправляемая) мостовая схема имеет более простую систему управления и меньшую стоимость. На рис. 4.3 представлены кривые мгновенных выпрямленных напряжений анодной (u_da), катодной (u_dk) групп тиристоров и результирующего напряжения (u_d) для случая, когда тиристоры VS1, VS3, VS5 – управляемые, а VS2, VS4, VS6 – неуправляемые (см. рис. 2.2, а). Коммутация тиристоров катодной группы происходит в моменты подачи управляющих импульсов, тиристоров анодной группы – в точках естественной коммутации К₁, К₂, К₃ и т.д.

Так же, как в симметричной схеме, при работе полууправляемого выпрямителя на активную нагрузку наступает режим прерывистого тока при . Средняя величина выпрямленного напряжения определяется для областей прерывистого и непрерывного тока одним выражением:

(4.5)

Соотношение (4.5) показывает, что предельный угол регулирования, равен: α_м= 180°. Из рис. 4.3, б следует, что в полууправляемой схеме, по сравнению с полностью управляемой, кратность пульсаций выходного напряжения снизилась в два раза (m=3) и стала такой же, как в трехфазной нулевой схеме, что требует применения более мощных и громоздких фильтрующих элементов. Поэтому наиболее целесообразно использовать полууправляемую схему для регулирования выходных параметров МПТ в небольших пределах. Регулировочная характеристика выпрямителя с неполным числом тиристоров не зависит от характера нагрузки и при работе его на обмотку возбуждения машины также описывается выражение
м (4.5).

Преимуществом полууправляемой мостовой схемы являются меньшая реактивная мощность, потребляемая из сети.

Для сравнительной оценки выпрямительных схем рассмотрим их регулировочные характеристики (рис. 4.4). При работе на обмотку возбуждения или якорь с большой индуктивностью среднее выпрямленное напряжение всех схем является косинусоидальной зависимостью от угла регулирования α. Вид регулировочных характеристик можно изменять в зависимости от способа управления выпрямителем, а также путем введения различных обратных связей.

Режим прерывистого тока в нагрузке наступает при тем больших углах управления, чем больше фазность выпрямителя (m). Существенным недостатком выпрямителей с естественной коммутацией тиристоров является значительное потребление из сети реактивной мощности при глубоком регулировании угловой скорости и момента электрической машины.

Трехфазный двухполупериодный управляемый выпрямитель (3 примера)

26.04.2022 Инженер ЭЛЕКТРОННЫЙ 0

Принцип работы трехфазной двухполупериодной управляемой выпрямительной цепи . Разработка схемы управления для формирования триггерного импульса; выходной сигнал схемы выпрямителя в трех случаях.

Содержание

1. Определение, конструкция

Трехфазный двухполупериодный управляемый выпрямитель представляет собой схему, в которой используются шесть тиристоров для преобразования входного переменного тока в постоянный ток на выходе нагрузки. Благодаря управлению включением и выключением тиристоров мы можем изменять среднее значение выходного постоянного напряжения. Трехфазные управляемые выпрямители широко используются в мощных промышленных приводах постоянного тока с регулируемой скоростью.

Входной трехфазный источник питания не использует нейтральный провод. Предположим, что это стандартный трехфазный источник питания. Он состоит из трех разных сигналов переменного тока и имеет сдвиг по фазе на 120 градусов. Тиристоры соединены тремя парами, как показано ниже.

Что такое трехфазный двухполупериодный управляемый выпрямитель

Последовательная характеристика этого выпрямителя создает постоянное напряжение, в два раза превышающее значение напряжения однополупериодного выпрямителя. Он обеспечивает более высокое выходное напряжение постоянного тока и более высокую выходную мощность постоянного тока. Требования к фильтрации упрощены для сглаживания напряжения нагрузки и тока нагрузки.

2. Цепь трехфазного двухполупериодного управляемого выпрямителя

Принципиальная схема силовой цепи и цепи управления разработана, как показано ниже. Мы узнаем, как работает эта схема.

Схема трехфазного двухполупериодного управляемого выпрямителя

2. 1 Проектирование схемы управления в программе Psim

В трехфазном полностью управляемом выпрямителе сигнал управления должен быть синхронизирован с напряжением питания.

Во-первых, нам нужно преобразовать входное напряжение в управляющее напряжение с помощью блока датчика напряжения. Затем мы будем использовать блок Comparator для преобразования выходного аналогового сигнала в цифровой сигнал.

Далее этот сигнальный импульс подается на блок управления Alpha. Альфа-контроллер используется для управления углом задержки тиристорного моста. Когда сигнал высокий, этот блок будет задерживать заданное количество времени (альфа) и будет выдавать импульс для запуска SCR.

Цепь управления трехфазным двухполупериодным управляемым выпрямителем

2.2 Сигналы управления трехфазным двухполупериодным управляемым выпрямителем

Принцип формирования тринисторного импульса запуска в трехфазном мостовом выпрямителе достаточно сложен. Схема имеет некоторые правила:

+ Два тиристора пары не будут проводить одновременно, т. к. это приведет к короткому замыканию

+ Для перевода тринистора в состояние проводимости необходимо подать управляющий импульсный сигнал на пара SCR. В течение одного цикла тиристоры будут проводить в порядке: D4 + D1; Д1 + Д6; Д6 + Д3; Д3 + Д2; Д2 + Д5; Д5 + Д4.

Управляющие сигналы трехфазного полного преобразователя

Расстояние между двумя управляющими импульсными сигналами составляет 60 градусов. Поэтому мы также можем использовать управляющий импульс в виде последовательности импульсов или импульса с достаточно большой шириной импульса. В этой статье мы используем сигнал с шириной импульса 70 градусов, как показано выше.

2.3 Форма выходного сигнала

В зависимости от угла запуска α форма выходного сигнала будет различной. Чем меньше угол запуска α, тем больше среднее выходное напряжение. Когда тиристор проводит, выходное напряжение такое же, как линейное напряжение питания. Мы рассмотрим три случая:

а. 0 ≤ α < 60

В случае угла срабатывания α < 60, выходной ток непрерывен (I _R всегда больше нуля).

б. 60 ≤ α < 150

В случае угла возбуждения 60 ≤ α < 150 выходной ток прерывается (I _R не всегда больше нуля).

в. α ≥ 150

При угле срабатывания α ≥ 150 тиристор не может управляться. Выходное напряжение и ток равны нулю.

>>> Похожие сообщения:

3-фазный двухполупериодный управляемый выпрямитель (2 цепи)

Схема 3-фазного двухполупериодного выпрямителя (4 цепи)

Схема 3-фазного двухполупериодного выпрямителя (4 цепи) 90 007

>>> См. также: Трехфазный полностью управляемый преобразователь – Силовая электроника и приводы

Трехфазный двухполупериодный управляемый выпрямитель – Силовые, электронные системы, приложения и ресурсы по электрическому и электронному проекту – Диссертация

Главная » Управляемые выпрямители , Конвертер , Избранное , Выпрямители » Трехфазный двухполупериодный регулируемый выпрямитель

Трехфазный двухполупериодный регулируемый выпрямитель с высокоиндуктивной нагрузкой (непрерывный ток нагрузки)

Среднее напряжение нагрузки/выходного напряжения

В _м пиковое фазное напряжение

В среднеквадратичное фазное напряжение

Трехфазный двухполупериодный регулируемый выпрямитель с высокоиндуктивной нагрузкой
Формы напряжения и тока трехфазного полного преобразователя с высокоиндуктивной нагрузкой показаны на рисунке. Этот преобразователь обеспечивает работу в двух квадрантах, а тиристоры запускаются с интервалом π/3 градуса. Поскольку тиристоры открываются через каждые 60°, частота пульсаций выходного напряжения в шесть раз превышает частоту питающего напряжения. При ωt = π /6 + α тиристор S ₆ уже проводит и тиристор S ₁ включен. Для интервала ωt от π/6 до π/2 тиристоры S ₁ и S ₆ проводят ток, и на нагрузке появляется междуфазное напряжение v _ab. При ωt = π /2 + α тиристор S ₂ включен, а тиристор S ₆ выключен за счет естественной коммутации. Это происходит потому, что когда тиристор S ₂ включен, линейное напряжение на тиристоре S ₆ равно положительному напряжению v _bc от катода к аноду, который смещает тиристор в обратном направлении S ₆ . В течение интервала ωt (π /2 + α) (5 π /6 + α) тиристоры S ₁ и S ₂ проводят ток, и на нагрузке появляется междуфазное напряжение. Последовательность включения тиристоров: 12, 23, 34, 45, 56 и 61.
Среднее выходное напряжение определяется как
Максимальное выходное постоянное напряжение определяется как
Среднеквадратичное значение выходного напряжения определяется как
Выходные характеристики трехфазного преобразователя для постоянного тока нагрузки (полный преобразователь)
Для полностью управляемого выпрямителя двигатель постоянного тока работает в двух режимах.
Исправление [как автомобиль]
V ₀ = положительный
E _a = положительный
I _o = положительный
Поток мощности (+ve) от входа переменного тока к машине постоянного тока
Инверсия [как рекуперативное торможение]
V ₀ = отрицательный
E _a = отрицательный
I _o = положительный
Поток мощности (-ve) от машины постоянного тока к источнику переменного тока
Тиристорные выпрямители (3-фазные)
E _d становится меньше по мере увеличения α, но по-прежнему каждый тиристор проводит 120 град.