7.3. Трифазні випрямлячі з активним навантаженням

Застосування випрямлячів з живленням вентильних груп від трифазних транс­форматорів дозволяє:

• зменшити пульсацію випрямленої напруги;

• зменшити розрахункову потужність трансформатора;

• створити однакове навантаження для всіх трьох фаз мережі, що має помітне значення в разі великої потужності випрямляча.

Рис. 7.5 Трифазний випрямляч з виведеною нейтраллю

На рис. 7.5, а зображено принципову схему трифазного випрямляча з виведеною нейтраллю, а на рис. 7.5, б – часові діаграми фазних напруг трансформатора u_2a, и_2Ь, и_2с, вихідної напруги випрямляча и_d і струму в навантаженні і_d. В кожний момент часу відкритим є тільки один вентиль, а саме той, який має найбільшу плюсову напругу на аноді. Протягом одного періоду напруги живлення кожний вентиль відкритий протягом однієї третини цього періоду, тобто протягом зміни величини ωt на (рис. 7.5, б). В зв'язку з цим пульсації напруги значно зменшуються, а частота пульсацій . Оскільки до вентильної групи під'єднано трифазні напруги трансформатора (и_2а и_2b, и_2c) і в кожній обмотці струм тече лише протягом частини одного півперіоду фазної напруги, схема може бути скорочено позначена ЗФІП (трифазна однопівперіодна).

Припустимо, що вентиль VD1 відкритий, а VD2 та VD3, закриті. Тоді за другим законом Кірхгофа напруга на вентилі VD2 и_vd2 = и_2а - и_2b = и_2c. Тобто до закритого вентиля прикладено лінійну напругу трансформатора u_2л максимум якої і визначає максимальну зворотну напругу на кожному з вентилів,

Згідно з часовою діаграмою рис. 7.5, б середнє значення випрямленої напруги дорівнює:

(7.7)

Оскільки максимальне значення випрямленої напруги дорівнює U_{d max} = U_2фт мінімальна згідно з рис. 7.5, б U_{d min} = U_2фт cos60° = U_2фт /2, то коефіцієнт пульсації:

(7.8)

Кратність частоти пульсації випрямленої напруги для схеми ЗФІП т = З, а коефіцієнт пульсації за першою гармонікою:

(7.9)

Найменші значення коефіцієнта пульсації дає застосування трифазної мостової схеми, показаної на рис. 7.6, а. Вентильна група, що складається з шести діодів, під'єднана до трифазної обмотки трансформатора, з'єднаної зіркою (обмотки трансформатора можуть бути з'єднані також трикутником). Три діоди вентильної групи мають з'єднаними в спільну точку катоди, а інші три діоди - аноди. В кожний момент часу відкрито той діод першої групи, який має на аноді найбільший додатний потенціал відносно нейтральної точки N і той діод другої групи, який має найбільший за абсолютною величиною від'ємний потенціал на катоді відносно тієї ж точки.

На рис. 7.6, б зображені часові діаграми фазних напруг трансформатора и_a, и_b, u_c та випрямленої напруги и_d. На ділянці 1-4 найбільший додатний потенціал має анод діода VD1, до якого прикладена додатна напруга и_а, а найбільший від'ємний потенціал - катод діода VD4, до якого прикладена відносно точки N від'ємна напруга и_b. Оскільки діоди VD1 та VD2 відкриті, можна прийняти, що спад напруги на кожному з них рівний нулю. Тоді на ділянці 1-4 часової діаграми и_d = и_аb = и_a - u_b, тобто лінійній напрузі и_ab трансформатора. На ділянці 1-6 діод VD1 продовжує мати найбільший потенціал на аноді від напруги и_а, а найбільший від'ємний потенціал (за абсолютним значенням) отримує тепер діод VD6 від напруги и_с. Отже на ділянці 1-6 відкриті діоди VD1 та VD6. Аналогічно, на ділянці 3-6 відкриті діоди VDЗ та VD6, на ділянці 3-2 - діоди VD3 та VD2 і т. д.

Рис. 7.6 Трифазний мостовий випряляч

Розглянемо ділянку 1-4 часової діаграми напруги и_d. Найбільше значення U_{d max} напруга и_d має, коли фазні напруги и_a та и_b мають абсолютне значення

Тоді

, де та - амплітуди фазної та лінійної напруг вторинної обмотки трансформатора. Найменше значення напруги и_d має місце, коли одна з фазних напруг, наприклад , а напруга . Тоді Таким чином, ,

Середнє значення випрямленої напруги на ділянці 1-4, тривалість якої дорівнює одній шостій періода напруги живлення, дорівнює:

Врахувавши, що , а , отримаємо:

(7.10)

Звідси коефіцієнт пульсацій для трифазної мостової схеми дорівнює:

(7.11)

З часової діаграми (рис 7.6, б) витікає, що кратність частоти змінної складової до частоти мережі т = 6. Отже, коефіцієнт пульсації за першою гармонікою:

(7.12)

Припустимо, що вентилі VD1 та VD4 відкриті (рис. 7.6, а). Тоді зворотна напруга на закритому вентилі VD3 дорівнюватиме лінійній напрузі трансформатора и_ab. Отже, в схемі ЗФ2П U_{зв max} = U_лт.

Оскільки струм навантаження по черзі проходить через три групи діодів, середній прямий струм діода буде втричі менший від середнього струму навантаження, .

В табл. 7.1 показані зведені дані по всіх схемах випрямлення, що були розглянуті вище.

Таблиця 7.1

Показники різних схем випрямлення

Позначення схеми випрямляча	Середнє значення випрямленої напруги	Максимальна зворотна напруга на діоді	Коефіцієнт пульсації, р	Коефіцієнт пульсації, за першою гармонікою, р1	Середній струм через діод
1Ф1П			3,14	1,57
2Ф1П			1,57	0,666
1Ф2П			1,57	0,666
3Ф1П			0,605	0,25
2П3Ф			0,14	0,057