Работа трёхфазной мостовой схемы выпрямления.

Трехфазный мостовой выпрямитель состоит из трехфазного трансформатора и комплекта диодов, собранных по трехфазной мостовой схеме (схема профессора А.Н. Ларионова).

В схеме выпрямителя используется шесть диодов: VD 1... VD 6. Три диода (VD 1, VD 3, VD 5) соединены в катодную группу. Их общая точка имеет положительную полярность. Из этих трех диодов проводящим будет тот, на аноде которого в данный момент наиболее высокий положительный потенциал. Три диода (VD 2, VD 4, VD 6) соединены в общую точку анодами и образуют анодную группу. Их общая точка имеет отрицательную полярность. Из диодов анодной группы проводящим будет тот, на катоде которого наиболее отрицательный потенциал. В каждый момент времени в рассматриваемой схеме выпрямителя, как и в однофазной мостовой схеме, открыты два диода: один - в катодной, а другой - в анодной группах. Каждый диод работает в течение одной трети периода (рис.1, г, д), что отражено на графиках для токов катодной (i_VDк) и анодной (i_{VD a}) групп.

Рисунок 1 - Трехфазный мостовой выпрямитель (схема Ларионова):

а – электрическая принципиальная схема;

б-е – диаграммы напряжений и токов

 

На рис1 б. изображены кривые мгновенных значений напряжений в фазах вторичных обмоток трансформатора u _а, u_b, u _c а на рис. - кривые выпрямленных напряжения u_d и тока i_d. На интервале t ₁- t ₂, равном p/3, напряжение фазы a (u _a) имеет наибольшее положительное значение и, следовательно, на аноде диода VD 1 потенциал наиболее высокий, т.е. диод VD 1 открыт. Наибольшее отрицательное значение на этом же интервале имеет напряжение фазы b (u_b), т.е. катод диода VD 4 имеет наибольший отрицательный потенциал, отпирающий этот диод.

Таким образом, на интервале t ₁ – t ₂ к сопротивлению нагрузки через открытые диоды VD 1 и VD 4 будет приложено линейное напряжение между точками a и b (u_ab). Под действием этого напряжения ток будет протекать по цепи: + u _а, VD 1, R_d, VD 4, - u_b. В момент t ₂ (M ₁ - точка естественной коммутации диодов) мгновенные значения напряжений u _в и u _с равны, а далее напряжение u _c будет более отрицательным. Это приведет к открытию диода VD 6. Диод VD 1 будет оставаться открытым, так как u _a остается положительным.

На интервале t ₂ – t ₃, также равном p/3, будут открыты диоды VD 1 и VD 6, к сопротивлению нагрузки будет приложено линейное напряжение между точками а и с, и ток будет протекать в том же направлении по цепи: + u _а, VD 1, R_d, VD 6, - u _с. В момент t ₃ (точка N ₁) произойдет переключение диодов VD 1 и VD 3; диод VD 3 откроется, так как u _в будет равным u _a и далее большим, а диод VD 1 закроется.

На интервале t ₃ - t ₄ открыты диоды VD 3 и VD 6, ток будет протекать по цепи: + u_b, VD 3, R_d, VD 6, - u _с. Далее процессы переключения диодов происходят в точках M ₂ (VD 6 и VD 2), N ₂ (VD 3 и VD 5), M ₃ (VD 2 и VD 4), N ₃ (VD 5 и VD 1), обеспечивая протекание тока по нагрузке в одном направлении.

 

Поскольку на нагрузку работают две последовательно соединенные вторичные фазовые обмотки трансформатора, то график выпрямленного напряжения u_d представляет собой сумму огибающих фазовых напряжений работающих обмоток трансформатора.

Можно сформулировать правило: в схеме в любой момент времени открыты только два вентиля - а именно те, через которые к резистору нагрузки приложено наибольшее линейное напряжение

u_ab = u _a-(- u_b), u_bc = u_b -(- u _c).

Период изменения основной гармонической переменной составляющей выпрямленного напряжения, как видно из рис.1 в, в 6 раз меньше периода изменения тока сети (Т ₁= Т _с/6). Следовательно, частота этой гармоники в 6 раз больше частоты тока питающей сети (f ₁=6 f _c). Несмотря на то, что схема получает электропитание от трехфазного трансформатора, кривая выпрямленного напряжения соответствует шестифазной схеме.

Мгновенное значение выпрямленного напряжения равно линейному напряжению работающих одновременно фаз:

(2)

Среднее значение выпрямленного напряжения равно

(3)

Приняв для удобства за начало отсчета точку О₁ на огибающей u_d (посредине между t ₁ = p/6 и t ₂ = 3p/6 на рис.3.2, в), выразим среднее значение выпрямленного напряжения через функцию косинуса

(4)

Основные соотношения, показатели качества выпрямления и энергетические параметры трехфазной двухтактной мостовой схемы выпрямления приведены в таблице 3.1.

Достоинства трехфазной двухтактной мостовой схемы выпрямления по сравнению с предыдущими схемами перечислены ниже.

1. Отсутствие вынужденного подмагничивания постоянной составляющей выпрямленного тока, что обеспечивает высокое значение коэффициента использования трансформатора.

2. Малая амплитуда обратного напряжения.

3. Возможность включения вентилей непосредственно в сеть переменного тока (без трансформатора), если напряжение имеет требуемую величину.

Основным недостатком данной схемы выпрямления является необходимость применения шести вентилей вместо трех по сравнению с предыдущей схемой Миткевича.

Трехфазные мостовые выпрямители находят наиболее широкое применение в ИВЭ РЭС при питании от трехфазных первичных источников.