Трехфазный выпрямитель схема. Трехфазный выпрямитель: принцип работы, схемы и применение

Что такое трехфазный выпрямитель. Как работает трехфазный мостовой выпрямитель. Какие существуют схемы трехфазных выпрямителей. Где применяются трехфазные выпрямители. Каковы преимущества трехфазных выпрямителей перед однофазными.

Что такое трехфазный выпрямитель и зачем он нужен

Трехфазный выпрямитель — это устройство для преобразования трехфазного переменного тока в постоянный. Он используется в случаях, когда требуется получить постоянный ток большой мощности из трехфазной сети переменного тока.

Основные преимущества трехфазных выпрямителей по сравнению с однофазными:

• Более высокий КПД (до 98%)
• Меньшие пульсации выпрямленного напряжения
• Возможность получения больших токов и мощностей
• Меньшая нагрузка на сеть

Благодаря этим преимуществам трехфазные выпрямители нашли широкое применение в промышленности и на транспорте.

Принцип работы трехфазного мостового выпрямителя

Наиболее распространенной схемой является трехфазный мостовой выпрямитель (схема Ларионова). Его принцип работы основан на поочередном открытии диодов в соответствии с изменением фазных напряжений.

Схема содержит 6 диодов, образующих три параллельных полумоста. В каждый момент времени открыты два диода — один в верхнем плече и один в нижнем. Ток протекает через нагрузку от диода с наибольшим положительным потенциалом к диоду с наименьшим отрицательным.

За один период сетевого напряжения происходит 6 коммутаций диодов. Это обеспечивает низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения.

Основные схемы трехфазных выпрямителей

Существует несколько базовых схем трехфазных выпрямителей:

1. Схема с нулевым выводом (схема Миткевича)

Содержит 3 диода, подключенных к фазам вторичной обмотки трансформатора, соединенной звездой. Простая схема, но имеет низкий КПД из-за неполного использования трансформатора.

2. Мостовая схема (схема Ларионова)

Наиболее распространенная схема на 6 диодах. Обеспечивает высокий КПД и низкие пульсации. Может работать как со звездой, так и с треугольником на вторичной обмотке трансформатора.

3. Схема с уравнительным реактором

Содержит два трехфазных моста, включенных параллельно через уравнительный реактор. Позволяет получить 12-пульсное выпрямление с очень низким уровнем пульсаций.

Области применения трехфазных выпрямителей

Трехфазные выпрямители широко используются в следующих областях:

• Электропривод постоянного тока большой мощности
• Электролизные установки в металлургии
• Тяговые подстанции электрифицированного транспорта
• Источники питания мощных радиопередатчиков
• Зарядные устройства аккумуляторных батарей
• Сварочное оборудование

Везде, где требуется преобразование трехфазного переменного тока в постоянный большой мощности, применяются трехфазные выпрямители.

Преимущества трехфазных выпрямителей перед однофазными

Трехфазные выпрямители имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с однофазными:

• Более высокий КПД (до 98% против 80-85% у однофазных)
• Меньшие пульсации выпрямленного напряжения
• Возможность получения больших токов и мощностей
• Меньшая нагрузка на питающую сеть
• Более равномерная загрузка фаз сети
• Меньшие габариты и масса на единицу мощности

Эти преимущества обусловлены более полным использованием трансформатора и меньшими потерями в силовых элементах схемы.

Расчет основных параметров трехфазного выпрямителя

При проектировании трехфазного выпрямителя необходимо рассчитать следующие основные параметры:

• Среднее значение выпрямленного напряжения
• Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора
• Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения
• Обратное напряжение на диодах
• Прямой ток через диоды

Для мостовой схемы Ларионова эти параметры рассчитываются по следующим формулам:

Среднее выпрямленное напряжение: Ud = 2.34 * U2л

Действующий ток вторичной обмотки: I2 = 0.815 * Id

Коэффициент пульсаций: Kп = 0.057

Обратное напряжение на диоде: Uобр = 1.05 * U2л

Средний прямой ток диода: Iпр = 0.33 * Id

где U2л — линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора, Id — выпрямленный ток.

Сглаживание пульсаций в трехфазных выпрямителях

Хотя трехфазные выпрямители обеспечивают меньший уровень пульсаций по сравнению с однофазными, для получения качественного постоянного напряжения часто требуется дополнительное сглаживание.

Основные способы сглаживания пульсаций в трехфазных выпрямителях:

• LC-фильтры
• Активные фильтры на операционных усилителях
• Применение схем с уравнительным реактором

Выбор способа сглаживания зависит от требуемого качества выпрямленного напряжения и особенностей нагрузки.

7.1.3. Трехфазные выпрямители

Многофазное, в частности трехфазное, выпрямление дает возможность значительно уменьшить пульсации выпрямленного напряжения. Трехфазные выпрямители применяются как выпрямители средней и большой мощности. Существует два основных типа трехфазных выпрямителей:

– выпрямители с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора (рис. 61, а),

– выпрямители мостовые (рис. 61, б).

Выпрямитель первого типа состоит из трехфазного трансформатора Т, обмотки которого соединены звездой, трех диодов VD₁, VD₂, VD₃, включенных в каждую фазу трансформатора, и нагрузочного резистора R_Н. Диоды работают поочередно, каждый в течение трети периода, когда потенциал начала одной из фаз обмоток (например,

a) более положителен, чем двух других (b и c).

Выпрямленный ток создается токами каждого диода, имеет одно и то же направление и равен сумме выпрямленных токов каждой из фаз

i_н = i_a + i_b + i_c.

Коэффициент пульсации этих выпрямителей еще ниже (подсчет коэффициента пульсаций дает значение К_П = 0,25), а средняя составляющая выпрямленного тока и напряжения значительно выше.

Выпрямитель второго типа (схема Ларионова) содержит мост из шести диодов.

Диоды VD₁, VD₃, VD₅ образуют одну группу, в которой соединены все катодные выводы, а диоды VD₂, VD₄, VD₆ – другую, в которой соединены все анодные выводы. Общая точка первой группы образует положительный полюс на нагрузочном реостате

R_Н, а общая точка второй группы – отрицательный полюс. В каждый момент времени ток в нагрузочном резисторе R_Н и в двух диодах появляется тогда, когда к этим диодам приложено наибольшее напряжение.

Таким образом, в каждый данный момент времени работает тот диод первой группы, у которого анодный вывод имеет наибольший положительный потенциал относительно потенциала нулевой точки, а вместе с ним – диод второй группы, у которого катодный вывод имеет наибольший по абсолютному значению отрицательный потенциал относительно потенциала этой же нулевой точки.

Пульсации выпрямленного напряжения в этом выпрямителе еще меньше, чем в предыдущем (подсчет дает значение К_П = 0,057), а КПД значительно выше, так как в нем нет подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током.

Временные диаграммы, представленные на рис. 62 наглядно иллюстрируют порядок переключения диодов в обеих схемах трехфазных выпрямителей, а также показывают формы кривых выпрямленных значений напряжения и тока.

На рис. 62, а представлены синусоиды трехфазного переменного напряжения, сдвинутые по фазе друг относительно друга на одну треть периода (2/3), питающие первичную обмотку трансформатора.

Для идеального трансформатора токи вторичных обмоток i_a, i_b, i_c представляют собой три последовательности импульсов, длительностью T/3 и амплитудой I_m = U_m / R_н каждая, сдвинутые относительно друг друга на 1/3 периода, ток нагрузки i_н = i_a + i_b

+ i_c имеет постоянную составляющую I₀, а выпрямленное напряжение, имеющее постоянную составляющую U₀, равно сумме положительных полуволн напряжений вторичных обмоток  u_н = R_нi_н.

Работу мостового выпрямителя иллюстрируют совмещенные по времени кривые токов диодов первой группы i₁, i₃, i₅, (рис. 62, б), токов диодов второй группы i₂, i₄, i₆ и тока нагрузки i_н = i₁+i₃+i₅ = = i₂+i₄+i₆, а также выпрямленного напряжения u_н = R_н i_н.

Максимальное значение выпрямленного напряжения равно амплитуде синусоидального линейного напряжения трехфазного источника , а максимальное значение выпрямленного тока

.

В мостовом выпрямителе на каждых двух фазах, в которых диоды оказываются открытыми, осуществляется двухполупериодное выпрямление, каждый импульс имеет длительность T/6, в отличие от выпрямителя (рис. 62, а), где между каждой фазой с открытым диодом и нулевым выводом осуществляется однополупериодное выпрямление.

Мощность многофазных выпрямителей обычно – от десятков до сотен киловатт и больше при токах до 100 000 А, коэффициент полезного действия достигает 98 %.

Трёхфазный выпрямитель | это… Что такое Трёхфазный выпрямитель?

Трёхфазный выпрямитель (англ. Three phase rectifier) — устройство применяемое для получения постоянного тока из трёхфазного переменного тока системы Доливо-Добровольского.

Схемы трёхфазных выпрямителей Миткевича и Ларионова

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

Содержание 1 История и классификация 2 Применение 3 Трёхфазный выпрямитель «три четвертьмоста параллельно» (Миткевича В. Ф.) 4 Три разделённых полумоста параллельно (три «с удвоением напряжения» параллельно) 5 Трёхфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединённые кольцом (треугольником)» («треугольник-Ларионов»). 6 Трёхфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединённые звездой» («звезда-Ларионова») 7 Трёхфазный выпрямитель «три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно» (6 диодов) 8 Трёхфазный выпрямитель «три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно» (6 диодов) 9 Трёхфазный выпрямитель «три полных моста параллельно» (12 диодов) 10 Трёхфазный выпрямитель «три полных моста последовательно» (12 диодов) 11 Двенадцатипульсовый статический трёхфазный выпрямитель 12 Трёхфазные выпрямители «шесть мостов» (24 диода) 13 См. также 14 Ссылки

История и классификация

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 1923 г.^[2].

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).

Применение

• Дизельэлектровозы, (тепловозы)
• Дизельэлектроходы, (теплоходы)
• Электротранспорт
• Тяговые подстанции постоянного тока,
• Электропривод прокатных станов, буровых вышек, троллейбусов, трамваев и др.
• Электроснабжение контактного транспорта постоянного тока (метро и др.)
• Бортовое электроснабжение автомобилей, тракторной техники, водного транспорта, авиации
• Электролизёры получения цветных и редкоземельных металлов электролизом
• Установки опреснения и очистки воды
• Установки электростатической очистки промышленных газов

Трёхфазный выпрямитель «три четвертьмоста параллельно» (Миткевича В. Ф.)

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

Три четвертьмоста параллельно (Миткевича В. Ф.)

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

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

, где — максимальное (наибольшее) мгновенное значение ЭДС, — эффективное (действующее) значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора или генератора.

Средняя ЭДС равна:

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 При увеличении нагрузки (уменьшении ) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на одну нагрузку параллельно. Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках равно 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 , где — частота сети.
Абсолютная амплитуда пульсаций равна .
Относительная амплитуда пульсаций равна .

Три разделённых полумоста параллельно (три «с удвоением напряжения» параллельно)

Трёхфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединённые кольцом (треугольником)» («треугольник-Ларионов»).

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:

.

Средняя ЭДС равна: , то есть больше, чем в выпрямителе Миткевича.

В работе схемы «треугольник-Ларионов» есть два периода. Большой период равен 360° (). Малый период равен 60° (), и повторяется внутри большого 6 раз. Малый период состоит из двух малых полупериодов по 30° (), 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 () ЭДС в одной из ветвей равна нулю, а ЭДС в двух других ветвях равны 0,87*Em, 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 3*r каждое, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно 3*r/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 3*r, в другой ветви образуется последовательное включение двух меньших ЭДС, и её сопротивление равно 2*3*r=6*r, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно

Частота пульсаций равна , где — частота сети.
Абсолютная амплитуда пульсаций равна .
Относительная амплитуда пульсаций равна .

Трёхфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединённые звездой» («звезда-Ларионова»)

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:

.

Средняя ЭДС равна: , то есть в 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 () ЭДС в одной из ветвей равна нулю, в двух других — по 0,87*Em. Эти две ветви включены последовательно. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно Далее, одна из ЭДС увеличивается от 0,87 до 1,0, другая уменьшается от 0,87 до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5. 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 3*r, в другой две параллельно включенные ЭДС с сопротивлением 3*r каждая, эквивалентное сопротивление двух параллельных ветвей равно 3*r/2. Эквивалентное активное внутреннее сопротивление всей цепи равно . В режимах близких к холостому ходу (при малых нагрузках) в параллельных ветвях э.д.с. в ветви с большей э.д.с. обратносмещает (закрывает) диод в ветви с меньшей э.д.с., 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 , где — частота сети.
Абсолютная амплитуда пульсаций равна .
Относительная амплитуда пульсаций равна .

Трёхфазный выпрямитель «три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно» (6 диодов)

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:

.

Средняя ЭДС равна: , то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

Трёхфазный выпрямитель «три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно» (6 диодов)

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)

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:

.

Средняя ЭДС равна: , то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в 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) При увеличении нагрузки (уменьшении ) 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 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 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 (), 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, т. е. 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.
2. 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 , где — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна .
Относительная амплитуда пульсаций равна .

Трёхфазный выпрямитель «три полных моста последовательно» (12 диодов)

Площадь под интегральной кривой равна:

Средняя ЭДС равна: , то есть вдвое больше, чем в схеме «треугольник-Ларионов».

Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно сопротивлению трёх последовательно включенных мостов с сопротивлением 3*r каждый, то есть .

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна , где — частота сети.
Абсолютная амплитуда пульсаций равна .
Относительная амплитуда пульсаций равна .

Этот выпрямитель имеет наибольшее эквивалентное внутреннее активное сопротивление и наибольшую среднюю ЭДС, по свойствам ближе к источнику напряжения и может найти применение в высоковольтных источниках напряжения (в установках электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр) и др. ).

Двенадцатипульсовый статический трёхфазный выпрямитель

Представляет собой параллельное (или иногда последовательное) включение двух выпрямителей Ларионова со сдвигом фаз входных трёхфазных токов. При этом вдвое увеличивается число выпрямленных полупериодов по сравнению с обычным выпрямителем Ларионова из-за чего уменьшается относительная амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения и вдвое увеличивается частота пульсаций выпрямленного напряжения, что также облегчает сглаживание выпрямленного напряжения.^[4]

Трёхфазные выпрямители «шесть мостов» (24 диода)

График ЭДС (зелёный) на выходе выпрямителя «шесть параллельных мостов».

Ещё менее известны трёхфазные выпрямители «шесть мостов параллельно» и «шесть мостов последовательно». Они состоят из двух трёхфазных трансформаторов. Первичные обмотки одного из них включаются звездой, другого — треугольником, что создаёт сдвиг фаз в 30°. Шесть вторичных обмоток подключаются к шести мостам (двадцать четыре диода). Мосты могут включаться разными способами, один из них — параллельное включение всех шести мостов. Из-за малых пульсаций выпрямитель по этой схеме соизмерим по массе стали и меди с выпрямителем «три параллельных моста» с дросселем фильтра, сглаживающим пульсации до такого же уровня. Эти выпрямители полномостовые. Они также как и выпрямитель «три параллельных моста» по многим параметрам превосходят и выпрямитель Миткевича и выпрямитель Ларионова. При этом требуются диоды со средним током через один диод почти вчетверо меньшим, чем в схеме Ларионова, и вдвое меньшим, чем в схеме «три параллельных полных моста». Эта схема позволяет построить выпрямитель большой мощности на элементах малой мощности.

Трёхфазный выпрямитель «шесть мостов последовательно» имеет наибольшее эквивалентное внутреннее активное сопротивление и может найти применение в источниках высокого напряжения большой мощности, например, в блоках питания промышленных установок электростатической очистки газов.

См.

также

• Выпрямитель
• Электролиз

Ссылки

1. ↑ http://www.yanviktor.ru/elektrotexnika/6_el_pribory/2.jpg Трёхфазная схема с выводом нуля трансформатора (предложена в 1901 году В.Ф.Миткевичем)
2. ↑ http://www.yanviktor.ru/elektrotexnika/6_el_pribory/2.jpg Трёхфазная мостовая схема (предложена в 1924 году А.Н.Ларионовым, применяется и без трансформатора)
3. ↑ http://www.yanviktor.ru/elektrotexnika/6_el_pribory/18.jpg Таблица 18. Трёхфазный ртутный выпрямитель
4. ↑ http://www.css-rzd.ru/zdm/02-1999/8073.htm Преобразователь для подпитки сети тягового электроснабжения. Рис.3.

• Шамшин В. Г., История технических средств коммуникации. Учеб. пособие., 2003. Дальневосточный Государственный Технический Университет.
• http://h3.smtu.ru/Know/AEC/IV.htm ГМТУ, Государственный Морской Технический Университет, АЭС, 4.4 Трёхфазные неуправляемые выпрямители
• http://www.ire.krgtu.ru/subdivision/rc/epures/lab/lab1/ Красноярский государственный технический университет, Институт радиоэлектроники, кафедра РТС, Лабораторная работа № 1 Исследование трёхфазных нерегулируемых выпрямителей
• http://www. cqham.ru/pow2_15.htm Выпрямители переменного напряжения. Многофазные выпрямители. Трёхфазный выпрямитель. Схема Ларионова.
• http://qrx.narod.ru/arhn2/volt.htm Выпрямители их достоинства и недостатки. Многофазные выпрямители. Трёхфазный выпрямитель. Схема Ларионова.
• http://www.rayax.ru/tex/slovar-v-p-2/193/index.html 11.3. Схемы выпрямления трёхфазного тока
• http://ruselt.ru/techinfo.php?id=5&ap=2&ap1=28 Современные источники бесперебойного питания: структуры силовых цепей трёхфазных ИБП. Часть 2. Журнал «Электронные компоненты» №8, 2008. Валерий Климов, к.т.н., технический директор, «Русэлт»
• http://www.ask-r.ru/info/library/ups_without_secret_7.htm Источники бесперебойного питания без секретов. Глава 7. Трёхфазные ИБП
• http://www.ntpo.com/patents_electricity/electricity_7/electricity_367.shtml трёхфазный управляемый выпрямитель. Описание изобретения к патенту Российской Федерации.
• http://elib.ispu.ru/library/lessons/arkhang/index. html Ивановский государственный энергетический университет. Выпрямители. Архангельский Николай Леонидович. 5. Трёхфазная однотактная схема выпрямления. 6. Трёхфазная мостовая схема выпрямления.
• http://electromaster.ru/modules/myarticles/print.php?storyid=328 Рис.2.33. Схемы силовых цепей трёхфазных выпрямителей
• http://www.elecab.ru/sprav14-1.shtml Рис.2.5. Схемы выпрямителей: б) трёхфазная нулевая; в) трёхфазная мостовая.
• http://aukelectr.edu.knu.kg/electronics/8.2.5.htm 8.2.5. Трёхфазные выпрямители.
• http://www.neftelib.ru/neft-book/030/4/index.shtml Рис.2.1.Электрическая схема сварочных выпрямителей а- трёхфазная мостовая; б- шестифазная с уравнительным дросселем; в- с транзисторным блоком
• http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00015/73300.htm БСЭ, Выпрямитель тока, рис. Выпрямители трёхфазного тока (схемы)
• http://www.power-e.ru/2006_01_20.php Силовая электроника №1’2006. Виенна-выпрямитель — трёхфазный корректор коэффициента мощности. Евгений Чаплыгин, Во Минь Тьинь, Нгуен Хоанг Ан
• http://www.cqham.ru/lyg.htm Выпрямители. Vytas LY3BG
• http://andserkul.narod2.ru/tryohfaznie_vipryamiteli/ Трёхфазные выпрямители
• http://leg.co.ua/knigi/raznoe/elementnaya-baza-i-shemotehnika-ustroystv-silovoy-elektroniki-2.html Выпрямители — Элементная база и схемотехника устройств силовой электроники

Изучите основы трехфазного выпрямителя

В этой статье мы изучим основы трехфазного выпрямителя. Этот выпрямитель используется в источниках питания и может стать важной частью вашего образования в области электротехники.

  Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube

Мы рассмотрим первую часть частотно-регулируемого привода — выпрямитель.

В этой части мы находим шесть диодов, соединенных параллельно. Я назову их от одного до шести.

Каждая из трех фаз подключена к одной паре диодов. Как мы знаем, электричество должно вернуться к своему источнику, чтобы замкнуть цепь. Таким образом, в этой настройке ток будет течь через нагрузку и обратно к источнику, используя другую фазу. Помните, что это возможно, потому что ток в каждой фазе течет вперед и назад в разное время. Мы увидим это подробно через мгновение.

Нагрузкой может быть что угодно — лампа, двигатель или целая цепь. В этом случае он будет просто представлять остальную часть нашей схемы частотно-регулируемого привода. Электричество будет продолжать чередоваться в подаче фаз, но диоды будут пропускать только пиковую фазу и блокировать другие. Так что я просто собираюсь анимировать эти. Хорошо, давайте посмотрим на это в действии. Фаза 1 – первая. Это входит и может течь только в одном направлении, через диод. Затем он проходит через нагрузку. Как только ток проходит через нагрузку, он должен вернуться к источнику, и, поскольку фаза 2 находится в отрицательной половине цикла, ток будет течь через диод 6 в фазу 2. В следующем сегменте мы видим, что ток все еще течет в фазе 1 и диоде 1, но теперь фаза 3 находится в своей отрицательной половине, поэтому ток переключается, и поток возвращается через эту фазу через диод 2.

В следующем сегменте фаза 2 приближается к своему пику, поэтому ток теперь протекает через эту фазу и через диод 3. Затем он течет через нагрузку и обратно в фазу 3 через диод 2. В следующем сегменте ток все еще течет в фаза 2 через диод 3, но фаза 1 теперь имеет отрицательный пик, поэтому ток будет течь через диод 4 обратно в фазу 1.

В следующем сегменте мы видим, что фаза 3 приближается к своему положительному пику, поэтому ток течет через этот фаза через диод 5. Затем он проходит через нагрузку и возвращается через диод 4 в фазу 1. Наконец, ток течет через фазу 3 через диод 5 через нагрузку, а затем обратно в фазу 2 через диод 6. Этот цикл просто постоянно повторяется, как это . Осциллограф для трехфазного поставщика увидит три синусоидальные волны для электричества переменного тока. Но осциллограф на нагрузке увидит это как грубое электричество C с некоторой рябью. Теперь нам нужно сгладить эти колебания, чтобы очистить электричество постоянного тока. Для этого подключаем конденсатор к плюсу и минусу. Этот конденсатор подобен накопителю и будет поглощать электроны при избытке и высвобождать электроны при уменьшении. Таким образом, это сгладит пульсации в электричестве постоянного тока до хорошего плавного сигнала на осциллографе.

Ранее мы рассказывали, как работают конденсаторы, вы можете прочитать статью ЗДЕСЬ.

Теперь, когда у нас есть чистый постоянный ток, мы готовы превратить его обратно в точно контролируемый переменный ток с переменной частотой. А для этого нам нужен инвертор. Инвертор — это, по сути, несколько JGVT, которые представляют собой переключатели, которые могут включаться и выключаться очень быстро. Я собираюсь анимировать это, используя несколько простых переключателей вместо IGBT, просто чтобы упростить визуализацию.

Я пронумерую эти переключатели следующим образом.

Чтобы получить наши три фазы, нам нужно разомкнуть и замкнуть выключатели попарно, чтобы направить поток тока из нашего пути подачи и возврата. Таким образом, на подключенный двигатель будет поступать переменный ток. Помните, что переменный ток — это место, где ток меняет направление. Итак, если мы взяли лампу и подключили ее к некоторым переключателям и источнику постоянного тока, мы можем контролировать направленный ток через лампу, открывая и закрывая переключатели в правильном порядке. Поэтому лампа испытывает переменный ток, даже если он поступает от источника постоянного тока. Для трехфазного питания мы синхронизируем переключатели, чтобы имитировать три фазы. Давайте посмотрим, как это работает.

Прежде всего, мы замыкаем переключатели 1 и 6. Это даст нам фазу 1 на фазу 2. Затем мы замкнем переключатели 1 и 2. Это даст нам фазу 1 на фазу 3. Затем мы замкнем переключатели 3 и 2, и это дайте нам фазу 2 и фазу 3. Затем мы замкнем переключатели 3 и 4. Это даст нам фазы 2 и 1. Затем мы замкнем переключатели 5 и 4, и это даст нам фазу 3 и фазу 1. Наконец, мы замкнем переключатели 5 и 6 и это даст нам фазу 3 и фазу 2.

Этот цикл повторяется снова и снова, вот так.

Если мы проверим это с помощью осциллографа, у нас теперь будет картина, которая выглядит как синусоида C, хотя она все еще немного прямоугольная. Это будет нормально работать для некоторых приложений, но не для всех, так как мы можем это улучшить?

Помните, ранее в статье я говорил, что мы можем открывать и закрывать переключатель с разной скоростью и продолжительностью, чтобы изменить форму сигнала. Ну, мы можем сделать это и с этим. Что мы делаем, так это используем контроллер для быстрого открытия и закрытия переключателей несколько раз за цикл в пульсирующем режиме. Каждый импульс разной ширины. Это известно как широтно-импульсная модуляция.

Цикл разбит на несколько меньших сегментов. Каждый сегмент имеет общее количество тока, которое может протекать, но быстро пульсируя переключателями, мы контролируем количество потока, возникающего в каждом сегменте. Это приведет к среднему току на сегмент, и мы можем видеть, что он увеличивается и уменьшается, что дает нам волновую картину. Таким образом, нагрузка испытывает синусоидальную волну. Чем больше сегментов у нас есть, тем ближе это будет имитировать синусоиду. Мы можем контролировать выходное напряжение, контролируя, как долго переключатели закрыты. Таким образом, мы могли бы, например, выдать 240 вольт или 120 вольт, просто уменьшив время открытия и закрытия. Мы можем контролировать частоту, контролируя синхронизацию переключателей.

Таким образом, мы могли бы, например, 60 герц, 50 герц или 30 герц в зависимости от того, что необходимо для приложения. Помните, контролируя частоту, мы управляем скоростью вращения двигателя.

Итак, возвращаясь к нашей схеме частотно-регулируемого привода, мы собираемся использовать контроллер для быстрого открытия и закрытия переключателей для изменения выходной частоты и напряжения. Таким образом, комбинируя выпрямитель, фильтр и инвертор, мы получаем наш частотно-регулируемый привод, который используется для управления скоростью электродвигателей и обеспечивает экономию энергии во всех видах систем.

---

Трехфазные выпрямители — EEEGUIDE.COM

Трехфазный однополупериодный выпрямитель: На рис. 9.11 показана схема трехфазного однополупериодного выпрямителя. Три диода подключены к трем фазам вторичной обмотки трехфазного трансформатора, соединенной звездой. Нейтральная точка N вторичной обмотки образует отрицательную клемму для нагрузки и заземлена, как показано на рис. 9.11. Входные и выходные сигналы также показаны на рисунке. Влиянием реактивного сопротивления и сопротивления утечки трансформатора пренебрегают, так как это прямое падение напряжения на аноде.

Каждый диод проводит ток в течение одной трети периода, как видно из рис. 9.11. Когда один диод проводит, два других остаются неактивными, потому что тогда их катоды становятся положительными по отношению к их анодам. Этот процесс повторяется во время каждого последующего цикла. Напряжение постоянного тока (между катодом и нейтралью) колеблется между пиковым значением переменного напряжения на фазу V _{S max} и половиной этого значения, т. е. 1/2 V _{S max} (без учета падения напряжения на диоде). Выходное напряжение постоянного тока можно получить из следующего уравнения

Среднеквадратичное значение тока нагрузки можно получить из следующего уравнения:

Вышеупомянутая схема очень полезна, если доступно 3-фазное питание. Даже без сглаживающего устройства нет точки, в которой выпрямленное напряжение падает до нуля, как это происходит в однофазных цепях. Пульсации напряжения сравнительно малы и в три раза превышают частоту переменного тока. Сглаживание, если оно желательно, достигается гораздо легче.

Однако насыщение сердечника трансформатора по постоянному току происходит из-за протекания постоянного тока каждого диода во вторичных фазных обмотках трансформатора, но этого можно избежать, используя зигзагообразную вторичную обмотку.

Трехфазный двухполупериодный выпрямитель : Схема 6-диодного, 6-фазного однополупериодного или трехфазного двухполупериодного выпрямителя показана на рис. 9.12. Здесь каждый диод проводит только одну шестую периода, т. е. π/3. Форма выходного сигнала 6-диодного выпрямителя показана на рис. 9.12. Видно, что постоянное напряжение колеблется меньше, чем для трехфазного. Оно колеблется между максимальным переменным напряжением (фазным значением) и 86,6% от него, при этом среднее значение в 0,955 раза превышает максимальное значение.

Преимущество использования большего количества диодов заключается в более плавном выходе. Недостатки использования большого количества диодов заключаются в том, что каждый диод работает меньшее время за цикл, и конструкция усложняется. Наиболее выгодным числом является 6, поскольку при использовании более 6 диодов стоимость быстро возрастает без сравнительного увеличения мощности выпрямителя.

Использование межфазного трансформатора : Факторы, определяющие количество фаз, для которых должен быть разработан выпрямитель: (1). низкая генерация гармоник в выходной цепи (2). лучший коэффициент использования трансформатора (3). регулирование низкого напряжения и (4). высокий коэффициент мощности. Условие 1 требует, чтобы число фаз было большим, но для выполнения условий 2, 3 и 4 необходимо, чтобы число фаз оставалось низким.

Преимущества 3-фазного выпрямителя, такие как более высокий коэффициент использования трансформатора, высокий коэффициент мощности и регулировка низкого напряжения, а также преимущество 6-фазного или 12-фазного выпрямителя с низким процентом гармоник, можно получить вместе с использованием межфазного трансформатора с 6- или 12-диодный выпрямитель. В этой модифицированной схеме m диодов для выпрямителя разделены на несколько групп, соединенных звездой по три, например две группы для 6-диодного и четыре группы для 12-диодного выпрямителя. Каждая группа диодов имеет свою индивидуальную вторичную обмотку, точки звезды различных групп не соединены напрямую вместе, а соединены через межфазный трансформатор. Общая нейтральная точка образует минусовую клемму выходной цепи постоянного тока.

Функция межфазного трансформатора в приведенной выше схеме заключается в одновременном выравнивании потенциалов двух диодов таким образом, чтобы в любой момент нагрузка распределялась между двумя эффективно работающими параллельно диодами. Таким образом, хотя форма выходного напряжения постоянного тока имеет характеристику 6-фазного выпрямителя с низким содержанием гармоник, равным удвоенной частоте сети, нагрузка фактически делится между двумя 3-фазными системами, работающими параллельно, при напряжении на клеммах, которое является средним значением. конечных напряжений совместно работающих фаз. Каждая фаза трансформатора работает в течение одной трети цикла вместо одной шестой, а среднее выходное напряжение такое же, как у выпрямителя с тремя диодами вместо шести. Полученное среднее значение постоянного напряжения составляет 1,17 В _{S rms} или 0,827 В _{S max} за вычетом падения напряжения на диоде, которое идентично падению напряжения трехфазного трехдиодного выпрямителя.