Трехфазный мостовой выпрямитель - это устройство, которое преобразует трехфазное переменное напряжение в постоянное напряжение. Он состоит из шести диодов или тиристоров, соединенных в форме моста. Он имеет большую эффективность и меньшие пульсации выходного напряжения, чем однофазный мостовой выпрямитель. Такой выпрямитель используется для питания мощных нагрузок, таких как электродвигатели, сварочные аппараты, зарядные устройства и т.д.
Если для маломощных схем постоянного тока применяют однотактные или мостовые однофазные выпрямители, то для питания более мощных нагрузок необходимы порой выпрямители трехфазные.
Трехфазные выпрямители позволяют получать большие величины постоянных токов с малыми уровнями пульсаций выходного напряжения, что сказывается на снижении требований к характеристикам сглаживающего выходного фильтра.
Итак, для начала рассмотрим однотактный трехфазный выпрямитель, изображенный на рисунке ниже:
В приведенной на рисунке однотактной схеме к выводам вторичных обмоток трехфазного трансформатора подключены всего три выпрямительных диода. Нагрузка присоединена к цепи между общей точкой, в которой сходятся катоды диодов, и общим выводом трех вторичных обмоток трансформатора.
Давайте теперь рассмотрим временные диаграммы токов и напряжений, имеющих место во вторичных обмотках трансформатора и на одном из диодов трехфазного однотактного выпрямителя:
Некоторым устройствам постоянного тока требуется большее напряжение питания, чем может дать однотактная схема, приведенная выше. Поэтому в некоторых случаях больше подходит схема трехфазного двухтактного выпрямителя. Принципиальная его схема приведена на рисунке ниже.
Как мы уже отмечали, требования к фильтру снижаются, вы сможете увидеть это по диаграммам. Данная схема известна как трехфазный мостовой выпрямитель Ларионова:
Взгляните теперь на диаграммы и сравните их с однотактной схемой. Выходное напряжение в мостовой схеме легко представляется в виде суммы напряжений как бы двух однотактных выпрямителей, работающих в противоположных фазах. Напряжение Ud = Ud1+Ud2. Количество фаз на выходе очевидно больше и частота пульсаций сети больше.
В данном конкретном случае - шесть фаз постоянного напряжения вместо трех, которые были в однотактной схеме. Вот почему требования к сглаживающему фильтру снижаются, и в некоторых случаях без него можно полностью обойтись.
Три фазы обмоток вкупе с двумя полупериодами выпрямления дают основную частоту пульсаций равную шестикратной частоте сети (6*50 = 300). Это видно по диаграммам напряжений и токов.
Мостовое включение можно рассмотреть как объединение двух однотактных трехфазных схем с нулевой точкой, причем диоды 1, 3 и 5 — это катодная группа диодов, а диоды 2, 4 и 6 — анодная группа.
Два трансформатора будто бы объединены в один. В каждый момент прохождения тока через диоды - в процессе участвуют одновременно два диода — по одному из каждой группы.
Открывается катодный диод, к которому приложен более высокий потенциал относительно анодов противоположной группы диодов, и в анодной группе открывается именно тот из диодов, потенциал к которому приложен более низкий по отношению к катодам диодов катодной группы.
Переход рабочих промежутков времени между диодами происходит в моменты естественной коммутации, диоды работают по порядку. В итоге потенциал общих катодов и общих анодов может быть измерен по верхней и нижней огибающим графиков фазных напряжений (см. диаграммы).
Мгновенные значения выпрямленных напряжений равны разности потенциалов катодной и анодной групп диодов, то есть сумме ординат на диаграмме между огибающими. Выпрямленный ток вторичных обмоток показан на диаграмме для активной нагрузки.
Таким же образом можно получить от трехфазного трансформатора более шести фаз постоянного напряжения: девять, двенадцать, восемнадцать и даже больше. Чем больше фаз (чем больше пар диодов) в выпрямителе, тем меньше уровень выходных пульсаций напряжения. Вот, взгляните на схему с 12 диодами:
Здесь трехфазный трансформатор содержит две трехфазные вторичные обмотки, причем одна из групп объединена в схему «треугольник», вторая — в «звезду». Количества витков в обмотках групп отличаются в 1,73 раза, что позволяет получить со «звезды» и с «треугольника» одинаковые величины напряжения.
В данном случае сдвиг фаз напряжений в этих двух группах вторичных обмоток относительно друг друга получается равен 30°. Поскольку выпрямители включены последовательно, то выходное напряжение суммируется, и на нагрузке частота пульсаций оказывается теперь в 12 раз большей по отношению к сетевой частоте, при этом уровень пульсаций получается меньшим.
Для улучшения характеристик трехфазного мостового выпрямителя можно использовать различные методы управления и регулирования. Например, можно применять управляемые выпрямители на основе тиристоров, транзисторов или IGBT, которые позволяют изменять фазовый угол включения или выключения ключевых элементов и тем самым регулировать выходное напряжение и ток. Также можно использовать фильтры, реакторы или конденсаторы для снижения гармоник, пульсаций и помех в цепи выпрямителя.
Трехфазный мостовой выпрямитель находит широкое применение в различных областях электротехники и электроники, таких как преобразователи частоты, импульсные блоки питания, зарядные устройства, электроприводы, электролизеры и другие. Он обладает высокой эффективностью, надежностью и простотой конструкции, что делает его одним из наиболее распространенных типов выпрямителей.
Смотрите также:
Управляемые выпрямители - устройство, схемы, принцип работы
Наиболее распространенные схемы выпрямления переменного тока в постоянный
Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой
Андрей Повный