7.1.3. Трехфазные выпрямители

Многофазное, в частности трехфазное, выпрямление дает возможность значительно уменьшить пульсации выпрямленного напряжения. Трехфазные выпрямители применяются как выпрямители средней и большой мощности. Существует два основных типа трехфазных выпрямителей:

– выпрямители с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора (рис. 61, а),

– выпрямители мостовые (рис. 61, б).

Выпрямитель первого типа состоит из трехфазного трансформатора Т, обмотки которого соединены звездой, трех диодов VD₁, VD₂, VD₃, включенных в каждую фазу трансформатора, и нагрузочного резистора R_Н. Диоды работают поочередно, каждый в течение трети периода, когда потенциал начала одной из фаз обмоток (например, a) более положителен, чем двух других (b и c).

Выпрямленный ток создается токами каждого диода, имеет одно и то же направление и равен сумме выпрямленных токов каждой из фаз

i_н = i_a + i_b + i_c.

Коэффициент пульсации этих выпрямителей еще ниже (подсчет коэффициента пульсаций дает значение К_П = 0,25), а средняя составляющая выпрямленного тока и напряжения значительно выше.

Выпрямитель второго типа (схема Ларионова) содержит мост из шести диодов.

Диоды VD₁, VD₃, VD₅ образуют одну группу, в которой соединены все катодные выводы, а диоды VD₂, VD₄, VD₆ – другую, в которой соединены все анодные выводы. Общая точка первой группы образует положительный полюс на нагрузочном реостате R_Н, а общая точка второй группы – отрицательный полюс. В каждый момент времени ток в нагрузочном резисторе R_Н и в двух диодах появляется тогда, когда к этим диодам приложено наибольшее напряжение.

Таким образом, в каждый данный момент времени работает тот диод первой группы, у которого анодный вывод имеет наибольший положительный потенциал относительно потенциала нулевой точки, а вместе с ним – диод второй группы, у которого катодный вывод имеет наибольший по абсолютному значению отрицательный потенциал относительно потенциала этой же нулевой точки.

Пульсации выпрямленного напряжения в этом выпрямителе еще меньше, чем в предыдущем (подсчет дает значение К_П = 0,057), а КПД значительно выше, так как в нем нет подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током.

Временные диаграммы, представленные на рис. 62 наглядно иллюстрируют порядок переключения диодов в обеих схемах трехфазных выпрямителей, а также показывают формы кривых выпрямленных значений напряжения и тока.

На рис. 62, а представлены синусоиды трехфазного переменного напряжения, сдвинутые по фазе друг относительно друга на одну треть периода (2/3), питающие первичную обмотку трансформатора.

Для идеального трансформатора токи вторичных обмоток i_a, i_b, i_c представляют собой три последовательности импульсов, длительностью T/3 и амплитудой I_m = U_m / R_н каждая, сдвинутые относительно друг друга на 1/3 периода, ток нагрузки i_н = i_a + i_b + i_c имеет постоянную составляющую I₀, а выпрямленное напряжение, имеющее постоянную составляющую U₀, равно сумме положительных полуволн напряжений вторичных обмоток  u_н = R_н i_н.

Работу мостового выпрямителя иллюстрируют совмещенные по времени кривые токов диодов первой группы i₁, i₃, i₅, (рис. 62, б), токов диодов второй группы i₂, i₄, i₆ и тока нагрузки i_н = i₁+i₃+i₅ = = i₂+i₄+i₆, а также выпрямленного напряжения u_н = R_н i_н.

Максимальное значение выпрямленного напряжения равно амплитуде синусоидального линейного напряжения трехфазного источника , а максимальное значение выпрямленного тока

.

В мостовом выпрямителе на каждых двух фазах, в которых диоды оказываются открытыми, осуществляется двухполупериодное выпрямление, каждый импульс имеет длительность T/6, в отличие от выпрямителя (рис. 62, а), где между каждой фазой с открытым диодом и нулевым выводом осуществляется однополупериодное выпрямление.

Мощность многофазных выпрямителей обычно – от десятков до сотен киловатт и больше при токах до 100 000 А, коэффициент полезного действия достигает 98 %.