1.6. Выпрямление трёхфазного напряжения
О
дним
из достоинств трёхфазных цепей является
хорошее качество выпрямленного
трёхфазного напряжения, а именно –
низкий уровень пульсаций, чего без
сглаживающих фильтров нельзя получить
в однофазной цепи.
Пусть выпрямитель даёт некоторое периодическое пульсирующее напряжение u(t) с периодом Т (рис. 14).
Определение. Отношение
К
Рис. 14. Пульсирующее
напряжение
,
(4)
где <U>=
– среднее
выпрямленное
напряжение, Uп
=Umax–Umin
– размах
пульсаций
(рис. 14), называется коэффициентом
пульсаций.
Величины <U>
и Uп
зависят от конкретной схемы выпрямителя.
На рис. 15 (а и б) показаны схема однофазного мостового выпрямителя, его входное uвх=Umsinωt и выходное uвых (выпрямленное, пульсирующее) напряжения. На схеме Д1…Д4 – диоды выпрямителя, R – нагрузка. Для такого выпрямителя <U>=2Um/π, UП=Um, так что для него коэффициент пульсаций К=π/2=1,57. Столь большие пульсации обязательно требуют установки после выпрямителя какого-либо сглаживающего фильтра.
а б
Рис. 15. Однофазный мостовой выпрямитель (а)
и эпюры его напряжений (б)
Для выпрямления
трёхфазного напряжения используется
мостовая
схема Ларионова (рис.
16, а). Вход моста Ларионова подключается
к фазным проводам 1, 2 и 3, а с выхода
снимается выпрямленное (пульсирующее)
напряжение uвых
(рис. 16, б). Видно, что между каждой парой
диодов приложено линейное
напряжение
трёхфазной сети, следовательно, на
выходе моста Umax=
Uл
=
Uф,
где Uф
– эффективное
значение
фазного напряжения.
а б
Рис. 16. Трёхфазный мостовой выпрямитель (а)
и эпюры его напряжений (б)
Замечание. Вольтметром переменного напряжения измеряется именно эффективное (действующее) значение синусоидального напряжения.
Таким образом, если мост Ларионова подключить к трёхфазной сети 380/220 В, то на выходе моста напряжение будет достигать 220 ≈540 В !
Из рис. 16,б также видно, что за период синусоидального напряжения (Т=1/f =20 мс, где f =50 Гц – частота сетевого напряжения) происходит 6 пульсирующих выбросов выпрямленного (у однофазного выпрямителя – только 2 выброса за период). Это и обеспечивает низкий уровень пульсаций выпрямленного трёхфазного напряжения. Несложно подсчитать, что мостовая схема Ларионова даёт следующие параметры выпрямленного напряжения: <U>≈0,99 Umax, Uп=Umax–Umin=0,034 Umax, а коэффициент пульсаций К=0,034, т.е. менее 4%. Такое напряжение во многих случаях можно использовать как постоянное без дополнительного сглаживания.
2. Лабораторная установка
Лабораторная установка для измерений в трёхфазной цепи включает в себя следующее:
1. Трёхфазный трансформатор, понижающий сетевое напряжение примерно в 16 раз − от 380/220 В до 24/14 В. Обмотки трансформатора соединены звездой с нулевым проводом. Трансформатор установлен в закрытом корпусе; три фазы и «ноль» выведены клеммами на его переднюю панель. Наличие напряжения 14 В на фазных клеммах указывают сигнальные лампочки. На передней панели корпуса находится также пара гнёзд с пульсирующим напряжением около 34 В, полученным выпрямлением трёхфазного напряжения 24/14 В мостовой схемой Ларионова.
2. Блок трёхфазных нагрузок с четырьмя встроенными миллиамперметрами – три в фазных проводах и один в нулевом. Фазы нагрузки в блоке соединены звездой. Нагрузки фаз 2 и 3 постоянны, одинаковы и чисто активны: Z2 =Z3 =R (их сопротивление указано на передней панели блока), а величину и характер нагрузки фазы 1 можно менять переключателем: Z1=R, R/2, ∞ и −j/ (ωС), причём 1/(ωС)=R.
3. Вольтметр переменного напряжения, единый для всех измерений.
4. Индикатор чередования фаз, состоящий из соединённых звездой конденсатора и двух одинаковых лампочек накаливания.
5. Осциллограф для наблюдения пульсирующего напряжения.