III. Требования к оформлению отчета

Отчет должен содержать:

• принципиальные схемы исследуемых выпрямителей;

• таблицы с результатами измерений и с расчетными данными;

• диаграммы напряжений и токов;

• внешние характеристики.

IV. Краткие теоретические сведения

Различают два основных типа трехфазных выпрямителей: выпрямитель с нулевым выводом и мостовой выпрямитель. При их рассмотрении следует принять те же допущения, что и для однофазных выпрямителей.

a)

б)

Рис. 2.8. Схема (a) и временные диаграммы (б) трехфазного выпрямителя с нулевым выводом

Выпрямитель с нулевым выводом состоит из трехфазного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена по схеме «звезда», трех диодов, однонаправленно включенных в каждую из фаз трансформатора, и нагрузочного резистора R_н, подключенного между нулевой точкой трансформатора и точкой, к которой подсоединены либо катоды, либо аноды всех диодов (рис. 2.8, а).

Временны́е диаграммы выпрямителя (рис. 2.8, б) представляют собой три сдвинутых на треть периода синусоидальных напряжения. Диоды работают поочередно, каждый в течение одной трети периода, когда потенциал анода работающего диода наиболее положителен, чем потенциалы анодов двух других диодов. Выпрямленный ток I_d, создаваемый токами каждого диода, имеет одно и то же направление через R_н и поэтому равен сумме выпрямленных токов каждой из обмоток фаз. Ток I_d имеет меньшие пульсации, чем в однофазных выпрямителях. Коэффициент пульсаций в этом выпрямителе составляет q = 0,25.

Для активной нагрузки кривая напряжения U_d на резисторе R_н совпадает по форме с кривой тока I_d. Когда любой из диодов закрыт, к нему приложено обратное напряжение U_b, равное линейному напряжению.

Для работы мостового выпрямителя необходимо шесть диодов (рис. 2.9, а). В отличие от схемы с нулевым выводом, в которой ток нагрузки создается под действием фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора, в мостовой схеме ток нагрузки создается под действием линейного напряжения. Ток нагрузки протекает через два диода, один из которых принадлежит катодной группе (диоды VD1, VD3, VD5), а второй – анодной (диоды VD2, VD4, VD6).

a)

б)

Рис. 2.9. Схема (a) и временные диаграммы (б) трехфазного мостового выпрямителя

Из катодной группы в открытом состоянии будет находиться тот из диодов, напряжение анода которого имеет положительную полярность относительно нулевого вывода и наибольшую величину по сравнению с другими диодами. Из анодной группы открытое состояние принимает тот из диодов, напряжение катода которого в данный момент является наибольшим и имеет отрицательную полярность. Иными словами, в проводящем состоянии будут находиться те два накрест лежащих диода выпрямительного моста, между которыми действует в проводящем направлении наибольшее линейное напряжение. Например, в интервале времени t₁ – t₃ (рис. 2.9, б) протекает ток в цепи «диод VD1 – резистор R_н ‑ диод VD4», т. к. к этим диодам в рассматриваемый момент времени приложено наибольшее линейное напряжение U_AB.

В интервал времени t₂ – t₃ станет наибольшим линейное напряжение U_AC и выпрямленный ток будет протекать по цепи «диод VD1 – резистор R_н – диод VD6». Пары вентилей работают поочередно. Так, в следующие интервалы времени будут работать диоды VD3 и VD6, VD3 и VD2, VD5 и VD2 и т. д. При этом направление тока I_d через резистор R_н останется неизменным.

Как видно из временной диаграммы, частота пульсаций напряжения U_d на резисторе R_н в 6 раз больше частоты пульсаций напряжения U₂ на вторичной обмотке трансформатора, т. к. в течение одного периода сетевого напряжения чередование пар диодов происходит шесть раз. Следовательно, в мостовом выпрямителе выпрямленный ток и напряжение на резисторе R_н в два раза больше, чем в трехфазном выпрямителе c нулевым выводом. По этой же причине в данной схеме пульсации напряжения и тока на резисторе R_н значительно меньше по сравнению с предыдущей. Коэффициент пульсаций равен q = 0,057. Максимальное обратное напряжение, приложенное к закрытым диодам, такое же, как и в выпрямителе с нулевым выводом, т. е. равно амплитудному значению линейного напряжения, но оно приложено к двум последовательно включенным диодам, а не к одному, то есть U_{обр. макс} = U_2лин.т/2.

Основные параметры выпрямителя приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5. Основные параметры выпрямителя
Характеристика	Трехфазный выпрямитель с нулевой точкой	Трехфазный мостовой выпрямитель
Действующее напряжение вторичной обмотки
Действующий ток вторичной обмотки
Действующий ток первичной обмотки
Расчетная мощность трансформатора
Обратное напряжение на диоде Uобр. макс
Среднее значение тока диода
Действующее значение тока диода
Амплитудное значение тока диода
Частота основной гармоники пульсации fn
Коэффициент пульсаций выходного напряжения
Коэффициент трансформации n

Сравнение однофазных и трехфазных выпрямителей показывает, что трехфазные выпрямители равномерно нагружают сеть и дают значительно меньшие пульсации выпрямленного напряжения.

Из рассмотренных трехфазных выпрямителей предпочтение следует отдать мостовому выпрямителю, несмотря на то, что для его работы требуется шесть вентилей. Это вызвано следующими преимуществами мостового выпрямителя: отсутствием подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током, значительно меньшими пульсациями выпрямленного напряжения.