Трехфазные выпрямители
В трехфазных системах электропитания одновременно подаются три переменных напряжения с одинаковой амплитудой и частотой, но сдвинутых друг относительно друга по фазе на 120º. В зависимости от схемы включения обмоток трехфазного трансформатора (звезда или треугольник) используются две схемы трехфазных выпрямителей.
Если обмотки трансформатора соединены в форме звезды, то используется схема с нулевым выводом рисунок 24. Каждая фаза выпрямляется отдельным диодом. При этом в открытом состоянии будет находиться тот диод, на фазе которого напряжение больше, чем в других фазах. Ток вытекает из этой фазы, проходит через нагрузку и возвращается на общий (нулевой) провод. Так как фазные напряжения перекрываются, то на выходе напряжение никогда не будет падать до нуля. В течение одного периода по очереди работают все диоды. При этом каждый диод проводит ток на интервале времени:
(11)
Поэтому частота пульсаций выходного
напряжения составит 150 Гц, а коэффициент
пульсаций без фильтра
.
Среднее значение выпрямленного
напряжения:
(12)
На рисунке 25 показана форма выходного напряжения выпрямителя и форма переменного напряжения в каждой фазе. Даже без фильтра выходное напряжение имеет удовлетворительную форму.
Ток нагрузки распределяется между тремя диодами, поэтому средний прямой ток:
(13)
Максимальное обратное напряжение на
диодах равно амплитуде линейного
напряжения, которое в
раз больше фазного:
(14)
Трехфазный мостовой выпрямитель может
применяться при включении обмоток
трансформатора и в форме звезды и в
форме треугольника рисунок 26. В каждый
момент времени ток проходит через два
диода. Он выходит из фазы, в которой
имеется положительное напряжение
наибольшей величины, проходит через
соответствующий диод правой (катодной)
группы (
,
,
),
затем через нагрузку. Далее ток
возвращается в фазу, в которой в данный
момент наименьшее (отрицательное)
напряжение через соответствующий диод
левой (анодной) группы (
,
,
).
За один период 6 раз происходит переключение
между фазами. Поэтому частота пульсаций
выходного напряжения составит 300 Гц, а
коэффициент пульсаций без фильтра
.
Среднее значение выпрямленного
напряжения:
(15)
На рисунке 27 показана форма выходного напряжения выпрямителя и форма переменного напряжения в каждой фазе. Даже без фильтра выходное напряжение имеет отличную форму, такую как у однофазных выпрямителей с фильтром. При том же действующем напряжении на вторичной обмотке трансформатора, среднее выпрямленное напряжение значительно, почти вдвое превышает выходное напряжение других выпрямителей.
Ток нагрузки по очереди протекает через один диод катодной и анодной группы, поэтому средний прямой ток:
(16)
Максимальное обратное напряжение на диодах вдвое меньше, чем в схеме с нулевым выводом:
(17)
Общие замечания по работе выпрямителей
Представленные в теоретической части работы описания работы схем, расчетные формулы и некоторые числовые показатели являются теоретическими. В реальных практических схемах показатели выходного напряжения выпрямителей, приведенные на графиках, несколько отличается от указанных теоретических значений. Это обуславливается следующими причинами.
Графики получены с использованием пакета имитационного моделирования WorkBench 5.12. Дискретный характер моделирования и приближенное описание элементов вносит свои погрешности.
Реальный диод является нелинейным элементом. Он обладает прямым и обратным сопротивлением, которое нелинейно зависит от напряжения. Падение напряжения на диоде, кроме того, вызвано особенностями PN–перехода. Параметры диода также зависят от его модели и температуры окружающей среды.
Обмотки трансформаторов, от которых питаются выпрямители, обладают собственной индуктивностью и активным сопротивлением. Это может существенно повлиять на форму напряжений выпрямителя.
Индуктивные фильтры обладают активным сопротивлением, на котором происходит падение напряжения.