6. Трехфазная схема выпрямления (сх. Миткевича)

Рис. 6

Трехфазная схема выпрямления со средней точкой и диаграммы напряжений и токов на элементах схемы.

Параметры схемы:

К_п = 0,25; f _п = 150 Гц; Uзв = 2,09 U_d; Івент = 0,33 І₀; К тр = 0,741;

Габаритная мощность трансформатора : Sт = 1,35 Р_d ;

Напряжение вторичной обмотки трансформатора U₂ = 0,85 U₀;

Ток вторичной обмотки І₂ = 0,58 І₀;

Подмагничивание магнитопровода – есть.

Эта схема обеспечивает симметричную нагрузку на трехфазную сеть. В основном применяется при небольших мощностях и нагрузке с емкостной реакцией. Посравнению с другими схемамиимеет меньшую величину и большую частоту пульсации. Имеется возможность заземления нулевой точки трансформатора и установки вентилей на одном радиаторе.К недостаткамсхемы относятся: большое обратное напряжение, плохое использование трансформатора и его вынужденное намагничивание.

7. Трехфазная мостовая схема выпрямления (сх. Ларионова)

Эта схема по сравнению с трехфазной схемой Миткевича имеет:

напряжение на вентиле в 2 раза меньше, лучшее использование трансформатора, отсутствие вынужденно намагничивания магнитопровода, меньшую амплитуду и большую частоту пульсации, возможность непосредственно от сети без трансформатора. Недостаткоммостовой схемы по сравнению со схемой Миткевича являются: большое количество вентилей и повышенное падение

напряжения в вентильном комплекте.

Мостовая схема выпрямления трёхфазного переменного тока (сх. Ларионова) и временные диаграммы её работы приведены на рисунке 7.

Рис. 7 Трехфазная мостовая схема выпрямления

(а) и диаграммы напряжений и токов на

элементах схемы (б – е)

Параметры схемы:

К_п = 0,057; f _п = 300 Гц; Uзв = 1,05 U_d; Івент = 0,33 І₀; К тр = 0,955;

Габаритная мощность трансформатора : Sт = 1,045 Р_d ;

Напряжение вторичной обмотки трансформатора U₂ = 0,43 U₀;

Ток вторичной обмотки І₂ = 0,82 І₀;

Подмагничивание магнитопровода – нет.

При средних и больших мощностях схема используется при работе на нагрузку с индуктивной реакцией.

Основные преимуществатрехфазной мостовой схемы по сравнению с однополупериодной трехфазной следующие: коэффициент пульсации 5,7% против 25%; частота пульсации 300Гц против 150Гц; расчетная мощность трансформатора всего на 5% превышает мощность выпрямленного тока, в то время как в однополупериодной на 35%; отсутствует подмагничивание магнитопровода трансформатора, можно применять трансформатор без вывода средней точки вторичной обмотки.

К недостаткамсхемы Ларионова следует отнести необходимость применения удвоенного числа диодов (6 против 3), что в настоящее время не является решающим при выборе схемы выпрямителя.

Сравнительная оценка схем выпрямления

Для выпрямителей важно знать величину мощности постоянного тока P₀=U₀I₀, расходуемой в нагрузке. Но при одной и той жеP₀мощность, потребляемая трансформатором выпрямителя из сети будет зависеть от схемы выпрямителя. Поэтому мы говорим о коэффициенте использования трансформатораК_ТР и коэффициентах использования его первичной и вторичной обмотокК₁иК₂ , так как они определяют экономические и энергетические показатели выпрямителя.

К_ТР= P₀ / S_ТР, S_ТР= S₁ + S₂, (2.19)

К₁= P₀ / S₁, S₁ = n₁ U₁ I₁,(2.20)

К₂= P₀ / S₂, S₂ = n₂ U₂ I₂,(2.21)

так как n₁может быть не равноn₂, то эти коэффициенты могут сильно различаться. Для сравнения рассмотрим эти коэффициенты для разных схем выпрямления (таблица 2.1).

Таблица 2.1

Cхемы выпрямления	K1	K2	KТР
1-тактные: 1- фазная 3-х фазная 2-х фазная 2-х тактные: 1-фазная (со средним выводом) 1-фазная мостовая 3-х фазная мостовая (Ларионова)	0.37 0.83 0.83 0.83 0.83 0.95	0.29 0.67 0.57 0.57 0.83 0.95	0.33 0.75 0.68 0.68 0.83 0.95

Из сравнения видно, что в однотактных схемах выпрямления вторичная обмотка трансформатора используется хуже первичной, так как в этих трансформаторах существует вынужденное намагничивание сердечника. Кроме того, если n₂ > n₁, то это тоже сильно ухудшает использование вторичных обмоток. В мостовых двухтактных схемах этого явления нет, поэтому коэффициенты использования трансформатора и его обмоток одинаковы. Кроме того, в мостовых двухтактных схемах меньше обратное напряжение на вентиль. Но их недостаток использование большого числа вентилей.

При выборе схемы выпрямительного устройства учитываются ее эксплуатационные свойства и присущие ей количественные соотношения токов, напряжений, мощностей, так как они определяют стоимость, габариты и вес устройства. Сравнительная оценка разных схем ведется при одинаковых для всех схем условиях. Так мы до сих пор рассматривали выпрямители без потерь и при активной нагрузке, так как при других видах нагрузки меняются соотношения токов и напряжений в схемах выпрямления. Области применения схем выпрямления определяются допустимым коэффициентом пульсации, количеством вентилей и тем, насколько хорошо используется трансформатор. Так однофазнаяоднотактнаясхема выпрямления, наиболее простая, применяется на выходные мощности до 15 Вт, если нагрузка допускает большой коэффициент пульсаций. Ее достоинством является простота, минимальное число элементов и возможность работать без трансформатора. Недостаток - малаяf_n и большойК_П.

Однофазная мостоваясхема применяется при мощности до 300 Вт, если выпрямленное напряжение относительно невелико, а ток нагрузки велик. Ее достоинства – повышенная частота пульсаций, хорошее использование трансформатора, возможность работы без трансформатора, а недостаток – много вентилей, поэтому увеличивается падение напряжения в вентильном комплекте.

Однофазная двухтактная со средней точкойприменяется при малых токах нагрузки и высоком выпрямленном напряжении (при одинаковом U₂ в 2 раза больше, чем в мостовой схеме), но на малые мощности (до 50 Вт). Достоинства схемы в минимальном числе вентилей, повышенной частоте пульсаций большем выпрямленном напряжении. Недостатки – плохое использование трансформатора и усложненная его конструкция, высокое обратное напряжение на вентиле.

При достаточно большой мощности постоянного тока лучше использовать многофазные схемы. В выпрямителях средней мощности применяется в основном схема Миткевича – трехфазная однотактная. Ее достоинства большая частота и меньшая величина пульсаций, малое падение напряжения на открытом вентиле, поэтому ее применяют при выпрямленных низких напряжениях. Недостатки – плохое использование трансформатора, наличие вынужденного намагничивания сердечника трансформатора, большое обратное напряжение на вентиле. При большой мощности постоянного тока используетсятрехфазная двухтактнаясхема (Ларионова). Ее достоинства – хорошее использование трансформатора, большая частота пульсаций и ее маленькая амплитуда, отсутствие вынужденного намагничивания трансформатора и возможность применять любую схему соединения обмоток трансформатора. Недостаток - большое число вентилей.

Более сложные схемы выпрямления используются очень редко, так как их выходные параметры улучшаются несущественно, а затраты требуются гораздо большие.