Описание и принцип действия выпрямителя
Схема трёхфазного выпрямителя с нулевой точкой изображена на рисунке_1.Для её реализации необходимо наличие трёхфазного источника питания с нейтралью. В качестве последнего чаще всего используют вентильный трансформатор, у которого вторичная обмотка соединена звездой с выведенной нейтральной (нулевой) точкой. Полярность диодов в схеме можно изменять на противоположную. При этом меняется и полярность напряжения на нагрузке RH.
Рисунок 1.Упрощенная схема выпрямителя
U2ф = 0,85Ud,
Uv max = 2,09Ud,
Iv cp = Id /3 ,
Kn = 0,25,
λ=120 0 ,
ST = 1,35UdId.
На рисунке приведены временные диаграммы, поясняющие работу схемы. Из временных диаграмм видно, что диоды работают в схеме поочередно. Для полярности включения диодов, изображённой на рисунке_1, в любой момент времени ток проводит только один диод, анод которого имеет более положительный потенциал по отношению к общим катодам. Длительность проводящего состояния каждого диода (угол проводимости вентилей) составляет третью часть периода сетевого напряжения. Ток нагрузки выпрямителя формируется токами трех вентилей. Частота пульсации этого тока в три раза выше частоты трёхфазной сети, поэтому данная схема считается трёхпульсовой. Трехфазные трансформаторы преобразование электрической энергии в трехфазной цепи осуществляют с помощью трехфазных трансформаторов, которые могут быть выполнены в виде трехстержневых или в виде группы из трех однофазных трансформаторов.
Переход тока с вентиля на вентиль (коммутация) происходит в моменты времени, соответствующие точкам пересечения синусоид фазных напряжений ua, ub, uc, которые являются моментами естественной коммутации диодов (точки k, l, m, n на временной диаграмме, изображённой на рисунке_2).
Рисунок-2.Временные диаграммы трехфазной нулевой схемы выпрямления: uф – фазные напряжения на входе выпрямителя; iv1, iv2 , iv3 – кривые токов в первом, втором и третьем диодах; uv1, uv2, uv3 – кривые напряжений на первом, , втором и третьем диодах; uн iн – кривые напряжения и тока на нагрузке
Достоинства:
1)необходимо минимальное количество диодов для 3-ёх ф. выпремления.
2)ток диодов в 3 раза меньше токов нагрузки.
3)коэффициент пульсации меньше чем у однофозного.
Недостатки:
1)наличие постояннного подмагничивания обмоток трансформатора постоянным током. Напряжение на диодах в непроводящую часть периода.
2)сравнительно плохое использование трансформатора по мощности.
3)сравнительное большое обратно
Применение: в низковольтных 3-ёх фазных выпрямителях сравнительно небольшой мощности, и как составная часть других выпрямителей более сложной конфигурации.
Расчет напряжений на элементах схемы
Среднее значение напряжения на выходе выпрямителя при холостом ходе
,
B,
где Udн– среднее значение выпрямленного напряжения, В, при
номинальном токе
нагрузки, берётся из исходных данных;
А – коэффициент внешней характеристики, зависящий от схемы
выпрямителя;(В=0,87)
uк – напряжение короткого замыкания вентильного трансформатора,
берётся из исходных данных.
Полученное значение напряжения на выходе выпрямителя в режиме холостого хода округляем в большую сторону с одновременным увеличением на 1-5%, чтобы компенсировать потери напряжения в ошиновке, вентилях, защитной аппаратуре и т.д.
Принимаем
2757
В.
Действующее значение напряжения на фазе вентильной обмотки трансформатора определяется с учётом свойств конкретной схемы.
U2ф = Udo· к1 ,
где к1 – коэффициент, числовое значение которого зависит от схемы.(В=0,85)
U2фз = Udo· к1з = 2757·0,85=2343,5 B,
Коэффициент трансформации вентильного трансформатора при соединении первичной и вторичной обмоток звездой
,
где Uc – напряжение питающей сети, В, берётся из исходных данных.
Максимальное обратное напряжение на вентильном плече выпрямителя
Uв.макс = Udo· к2
где к2 – коэффициент, числовое значение которого зависит от свойств.(В=2,09)
Uв.макс= 2757 ∙ 2,09 = 5762,1 В
Для расчёта значений внешней характеристики используем выражение,
,
где Udo – напряжение холостого хода выпрямителя, В;
Id – текущее значение тока нагрузки, А, задаётся в пределах от
0 до 1,5 Idн;
Idн – номинальное значение тока нагрузки выпрямителя, А, берётся из
исходных данных.
По полученным
данным строим внешнюю характеристику
выпрямителя
f(
(рисунок 3).
Таблица 1. Результаты расчёта значений внешней характеристики
|
2751 |
2745 |
2691 |
2625 |
2592 |
2559 |
|
500 |
1000 |
1500 |
2000 |
2500 |
3000 |
Рисунок 2. Внешняя характеристика выпрямителя.