2.3 Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (схема Миткевича).

(трехфазный однополупериодный)

Данная схема содержит трехфазный трансформатор T и три диода (вентиля). Нагрузка включается между точкой соединения диодов и нулевым выводом трансформатора.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений различных точек схемы выпрямления.

На интервале времени [t₁;t₂] фаза “a” имеет наибольший потенциал по сравнению с другими фазами относительно нулевой точки трансформатора, поэтому диод VD1 находится в открытом состоянии и через него протекает ток. На нагрузке напряжение изменяется по закону огибающей фазы “a”.

В момент t₂ происходит перекоммутация с VD1 на VD2, т.к. потенциал фазы “b” становится наибольшим по отношению к нулевой точке. К нагрузке прикладывается фазное напряжение. На интервале времени [t₂; t₃] к первому диоду прикладывается линейное напряжение между фазами “b” и “a” и он находится в закрытом состоянии.

В момент t₃ прикладывается линейное напряжения U_ca, так как происходит переключение вентилей (с VD2 на VD3).

К недостатком этой схемы можно отнести:

• Высокий уровень обратного напряжения (среднее напряжение – фазное, обратное – линейное), что не позволяет использовать данную схему при повышенных уровнях напряжения.

• Ток во вторичной цепи трансформатора протекает в течение одной третьей части периода и имеет одностороннее направление, что увеличивает габаритные размеры трансформатора. Для исключения подмагничивания сердечника необходимо делать запас по намагниченности (уменьшать значение B_m), что приводит к дополнительному увеличению габаритов трансформатора. Иногда в сердечник трансформатора вводят воздушный зазор.

• Более низкие качественные показатели (K _п , K₀) по сравнению с двухполупериодной схемой выпрямления.

• Индуктивность рассеяния трансформатора влияет на форму выпрямленного напряжения, что является ограничением по мощности. При этом снижается уровень выпрямленного напряжения и возрастают пульсации.

• С точки зрения монтажа схемы – исключена возможность соединения вторичной цепи треугольником из - за нулевого вывода.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

• более высокие токи нагрузки по сравнению с двухтактной схемой (малые потери из-за того, что в работе участвует один вентиль в любой момент времени).

• с точки зрения монтажа – существует возможность размещения полупроводников на одном радиаторе.

Основные соотношения:

2.4 Трёхфазная мостовая схема выпрямления (схема Ларионова)

Схема состоит из двух трехфазных однополупериодных схем выпрямления, питающихся от одних и тех же вторичных обмоток трансформатора и работающих на общую нагрузку.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений в различных точках схемы выпрямления.

На интервале [t₁;t₃] фаза “a” имеет наибольший потенциал по отношению к другим фазам, поэтому диод VD2 работает два такта (т.к. к аноду прикладывается “+”). В момент времени t₃ происходит перекоммутация в катодной группе со второго на четвертый диод, т.к. фаза “b” становится более положительной по отношению к другим фазам.

На интервале [t₂;t₄] фаза “c” имеет более отрицательный потенциал по отношению к другим фазам. Отрицательный потенциал прикладывается к катоду пятого вентиля и он работает два такта.

К недостаткам схемы можно отнести:

• Большое падение напряжения на внутреннем сопротивлении выпрямителя за счет работы двух вентилей, что не позволяет использовать схему при высоких значениях тока нагрузки.

• Наличие двух радиаторов для анодной и катодной групп.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

• Высокое значение коэффициента выпрямления К₀ и малый уровень обратного напряжения, что позволяет использовать схему при высоких уровнях напряжения.

• Малое значение коэффициента пульсаций по сравнению со схемой с нулевым выводом, что уменьшает габариты сглаживающего фильтра.

• Возможность использования различных способов соединения обмоток трансформатора во вторичной цепи.

• Отсутствие одностороннего намагничивания сердечника трансформатора (ток во вторичной цепи трансформатора – двухполярный).

• Хорошее использование трансформатора (ток во вторичной цепи трансформатора протекает 2/3 периода), что увеличивает КПД устройства.

В связи с вышеперечисленным рядом достоинств данная схема нашла очень широкое распространение.

Основные соотношения:

; ;

; ;

Сравнительная оценка схем выпрямления

Преимущества однофазной мостовой схемы по сравнению с двух­полупериодной со средней точкой: в 2 раза меньшее обратное напряже­ние на вентиле, в 2 раза меньшее напряжение (число витков) вторич­ной обмотки трансформатора, высокий коэффициент использования трансформатора. Недостатки схемы (в том же сравнении): необходи­мость применения четырех вентилей, увеличение действующего значе­ния тока вторичной обмотки в 1,41 раза.

Достоинства трехфазной схемы выпрямления со средней точкой по сравнению с однофазными схемами выпрямления: меньшая величина и более высокая частота пульсаций выпрямленного напряжения, рав­номерная нагрузка на сеть трехфазного тока, более высокий коэффи­циент использования трансформатора. Основной недостаток этой схе­мы — наличие вынужденного намагничивания сердечника трансформа­тора.

Достоинства трехфазной мостовой схемы выпрямления по срав­нению с трехфазной со средней точкой: высокий коэффициент исполь­зования трансформатора, меньшая величина и более высокая частота пульсаций выпрямленного напряжения, отсутствие вынужденного на­магничивания сердечника трансформатора, в 2 раза меньшее обратное напряжение на вентилях. Основной недостаток — большие потери в вентилях.

Задача 1

Начертите схему выпрямителя, указанного для Вашего варианта в

таблице 1, и с помощью временных диаграмм поясните принцип ее

работы.

Рассчитайте выпрямитель по следующим пунктам:

1. Выберите тип кремниевых диодов (таблица 3).

2. Определите действующее значение фазового напряжения и тока во

3. вторичной обмотке трансформатора.

4. Определить коэффициент трансформации трансформатора.

5. Определите частоту f₁ и коэффициент пульсации Кп_1, основной

гармоники выпрямленного напряжения.

Данные к задаче 1 в 20 вариантах приведены в таблице1

Таблица 1- Задание для вариантов

Исходные Данные	Номер вариантов
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1.Выпрямленное напряжение Uo,В	60	120	60	120	120	60	48	240	120	120
2.Выпрямленный ток Io, А	20	10	12	8	6	10	20	10	20	12
3.Схема выпрямления	Трехфазная однополупериодная (сх. Миткевича)					Трехфазная мостовая (сх. Ларионова)

Продолжение таблицы 1.

Исходные данные	Номер варианта
	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
1.Выпрямленное напряжение Uo,В	220	48	24	24	48	5	12	5	12	10
2.Выпрямленный ток Io, А	4	5	2	4	2	2	3	4	2	4
3.Схема выпрямления	Однофазная мостовая					Однофазная двухполупериодная с выводом 0 точки трансформатора

Методические указания к решению задачи 1

1. Для выбора типа кремниевых диодов необходимо определить обратное напряжение на диоде U_обр. и среднее значение тока, протекающего через диод I_ср.

Данные для их расчета приведены в таблице 2.

Тип кремниевого диода выбираем из таблицы 3, исходя из рассчитанных значений Uобр. и Iср. Выбранный тип диода должен иметь прямой допустимый ток (среднее значение) Iпр. ср. >Iср и максимальное обратное напряжение (амплитудное значение) Uобр.max> Uобр.

2. данные для расчета действующих значений напряжения U2 и тока I2 вторичной обмотки трансформатора приведены в таблице 2.

3. n= U1/U2 – так рассчитывается коэффициент трансформации.

4. частота пульсаций основной (первой) гармоники f1, Гц, определяется по формуле: f1= m*fc, где m – это число импульсов выпрямленного тока за период, определяемая по формуле: m= k* p, где k – число выпрямленных полупериодов, p – число фаз выпрямленного переменного тока, fc частота питающего тока равна 50Гц. Коэффициент пульсаций основной (первой) гармоники (амплитудное значение первой гармоники, отнесенное к 1В выпрямленного напряжения), в относительных единицах (%), рассчитывается по формуле:

Kn1= 2/m²-1, или Кn1= 200/m²-1, %.Значение К и р для различных схем выпрямления приведены в таблице методических указаний

ТЕСТЫ

Тест 1

Укажите правильный вариант ответа.

Вопрос: какой из данных величин коэффициента пульсации обладает

трехфазная мостовая схема выпрямления (сх. Ларионова)?

Варианты ответов:

1. 1,57.

2. 0,057

3. 0,25

4. 0,67

Тест 2

Укажите правильный вариант ответа.

Вопрос: какой из данных величин частоты пульсации обладает

трехфазная схема выпрямления (сх. Миткевича)?

Варианты ответов:

1. 50Гц.

2. 100Гц.

3. 150Гц.

4. 300Гц.

Тест 3

Укажите правильный вариант или комбинацию вариантов ответа.

Вопрос: Какие из данных преимуществ имеет трехфазная мостовая схема

Ларионова по сравнению с трехфазной схемой Миткевича?

Варианты ответов:

1. В два раза меньше обратное напряжение на вентиле.

2. Лучшее использование трансформатора.

3. отсутствие подмагничивания магнитопровода.

4. Меньшая амплитуда и большая частота пульсаций.

Тест 4

Укажите правильный вариант или комбинацию вариантов ответа.

Вопрос: Какие из данных преимуществ имеет мостовая схема

выпрямления однофазного тока по сравнению с однофазной схемой

выпрямления с выводом средней точки?

Варианты ответов:

1. Выше частота и ниже коэффициент пульсации.

2. нет подмагничивания.

3. лучшее использование трансформатора.

4. меньше величина обратного напряжения на диоде.

Контрольные вопросы

1. По каким параметрам производится выбор диодов в схемах

выпрямления?

2. Какие значения должны иметь параметры при выборе типа диодов

по сравнению с паспортными данными выбранных типов вентилей?

3. Что показывает внешняя характеристика выпрямителя? Какие

параметры можно определить по ней?

4. Назовите виды нагрузок на выпрямитель.

5. Оказывает ли влияние фильтр, включенный между схемой

выпрямления и нагрузкой, на характер нагрузки?

6. Какими выходными параметрами оценивается работа выпрямителя?

Литература

1. Бушуев В.М. Электропитание устройств связи – М.: Радио и связь, 1986. –

240с. С. 55 – 58.

2. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та

мікросхемотехніка: теорія і практикум: Навч. Посіб. /За ред.

А.Г. Соскова. 2-е вид.- К.: Каравела, 2004.-432 с С. 206 – 220.

12