Схема трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя

 

Схема трехфазного мостового выпрямителя (схема Ларионова) и временные диаграммы, характеризующие ее работу, показаны на рис. 4.2. В этой схеме последовательно соединены две трехфазные выпрямительные группы, каждая из которых повторяет работы трехфазного нулевого выпрямителя.

 

Рис. 4.2. Схема трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя (а) и временные диаграммы выпрямителя при L → ∞, (б – и)

 

Вентили схемы образуют две группы: катодную, с общей точкой соединения катодов (вентили 1,3,5) и анодную, с общей точкой соединения анодов (вентили 2,4,6). Нагрузка подключена между точками соединения катодов и анодов вентилей.

Анализ работы схемы проводится при RL-нагрузке, наиболее распространенной на практике. Приняв потенциал общей точки звезды вторичной обмотки трансформатора за нуль, можно считать, что напряжение на нагрузке есть сумма двух 3-х фазных нулевых схем выпрямления, собранных на вентилях катодной и анодной групп

 

u_d = φ_d(+) – φ_d(-), (4.11)

 

где φ_d(+) – потенциал катодов вентилей катодной группы;

φ_d(-) – потенциал анодов анодной группы вентилей.

Из сказанного следует, что в отличие от нулевой схемы, где ток нагрузки создается под действием фазного напряжения, в мостовой схеме ток создается под действием линейного напряжения.

Обратимся к схеме. Ток нагрузки протекает через два вентиля, один из которых расположен в катодной группе, а другой – в анодной группе. Контур тока нагрузки при открытых вентилях 1 и 6 показан на рис 4.2, а. В катодной группе открыт тот вентиль, напряжение анода которого при положительной полярности относительно нулевой точки (т.е. фазное напряжение) будет наибольшим. В анодной группе открыт вентиль, фазное напряжение которого при отрицательной полярности наибольшее. Таким образом, в проводящем состоянии находятся те два накрест лежащих вентиля, между которыми действует в проводящем направлении наибольшее линейное напряжение. Например, на интервале υ₁ – υ₂ открыты вентили 6 и 1; на интервале υ₂ – υ₃ – 1 и 2; на интервале υ₃ – υ₄ – 2 и 4 и т.д. Интервал проводимости каждого вентиля (в катодной и анодной группе) равен Ψ = 2π /3, а интервал совместной работы двух вентилей составляет Ψ₁ = π /3. Таким образом, за период напряжения питающей сети происходит шесть переключений вентилей, в связи с чем схему называют шестипульсной.

Определим основные соотношения для данной схемы. Разность потенциалов φ_d(+) и φ_d(-) определяет напряжение на нагрузке. Кривая φ_d(+)формируется из участков фазных напряжений положительной полярности катодной группы вентилей, а кривая φ_d(-) – из участков фазных напряжений отрицательной полярности анодной группы вентилей (рис. 4.2,б). Кривая u_d состоит из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора. Среднее значение выпрямленного напряжения U_d определяют по среднему напряжению u_d за период его повторяемости, равный π /3

 

U_d = . (4.12)

 

Напряжение U_d в мостовой схеме в два раза больше чем в нулевой схеме, поскольку на нагрузке суммируются напряжения двух нулевых выпрямителей. Очевидно, в этом случае требуется вдвое меньшее напряжение U₂, равное

 

U₂ = . (4.13)

В мостовой схеме значительно снижается коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения по первой гармонике и увеличивается частота пульсаций. При m = 6 получим:

q₁ = 0,057; f_(п)1 = mf_с = 6×50 = 300 Гц.

Среднее и максимальное значение анодного тока в вентиле определяется равенством (4.3).

При проводящем состоянии двух вентилей схемы, другие четыре вентиля находятся в закрытом состоянии. Кривая обратного напряжения строится также как и для трехфазной нулевой схемы и состоит из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора (рис. 4.2, и). Максимальное (амплитудное) значение обратного напряжения, как и в нулевой схеме, равно U_bmax = . Однако соотношения между U_bmax и U_d в мостовой схеме другие, поэтому максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентилю в закрытом состоянии, в мостовой схеме меньшее

 

U_bmax = 1,045U_d. (4.14)

 

В соответствии с (4.14) вентили в трехфазном мостовом выпрямителе выбирают на напряжение приблизительно равное U_d.

Для расчета трансформатора определяют действующие значения вторичного тока I₂ и первичного – I₁ (рис.4.2, з). Ток вторичной обмотки трансформатора, определяется токами двух вентилей, подключенных к каждой фазе. Например, ток ι_2а состоит из токов вентилей 1 и 4. Вторичный ток является переменным, имеет форму прямоугольных импульсов с амплитудой I_d и паузой между импульсами, равной π / 3. Постоянная составляющая в токе ι₂ отсутствует, поэтому вынужденное подмагничивание магнитопровода трансформатора в мостовой схеме также отсутствует.Токи I₁ и I₂ определяют из следующих соотношений

 

I₂ = , (4.15)

I₁ = . (4.16)

 

В мостовой схеме расчетные мощности первичных и вторичных обмоток и типовая мощность трансформатора равны:

 

S₁ = S₂ = S_т = 3 (4.17)

 

Из (4.17) следует, что трансформатор для трехфазного мостового выпрямителя выбирают на мощность близкую к мощности нагрузки, что также является преимуществом этой схемы.

При сравнении рассматриваемой схемы с трехфазной нулевой схемой, очевидны преимущества мостового трехфазного выпрямителя:

- большее среднее значение выпрямленного напряжения по отношению к фазному напряжению вторичной обмотки трансформатора;

- высокий показатель использования диодов по обратному напряжению ( - мостовая схема, - нулевая схема);

- меньшее значение коэффициента пульсаций мгновенного значения выпрямленного напряжения (q₁ = 5,7% - мостовая схема; q₁ = 25% - нулевая схема);

- лучшее использование трансформатора, т.е. типовая мощность меньше чем в нулевой схеме;

- отсутствие потока вынужденного подмагничивания.