Меню

Среднее выпрямленное напряжение трехфазного мостового выпрямителя



Схема трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя

Схема трехфазного мостового выпрямителя (схема Ларионова) и временные диаграммы, характеризующие ее работу, показаны на рис. 4.2. В этой схеме последовательно соединены две трехфазные выпрямительные группы, каждая из которых повторяет работы трехфазного нулевого выпрямителя.

Рис. 4.2. Схема трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя (а) и временные диаграммы выпрямителя при L → ∞, (б – и)

Вентили схемы образуют две группы: катодную, с общей точкой соединения катодов (вентили 1,3,5) и анодную, с общей точкой соединения анодов (вентили 2,4,6). Нагрузка подключена между точками соединения катодов и анодов вентилей.

Анализ работы схемы проводится при RL-нагрузке, наиболее распространенной на практике. Приняв потенциал общей точки звезды вторичной обмотки трансформатора за нуль, можно считать, что напряжение на нагрузке есть сумма двух 3-х фазных нулевых схем выпрямления, собранных на вентилях катодной и анодной групп

где φd(+) – потенциал катодов вентилей катодной группы;

φd(-) – потенциал анодов анодной группы вентилей.

Из сказанного следует, что в отличие от нулевой схемы, где ток нагрузки создается под действием фазного напряжения, в мостовой схеме ток создается под действием линейного напряжения.

Обратимся к схеме. Ток нагрузки протекает через два вентиля, один из которых расположен в катодной группе, а другой – в анодной группе. Контур тока нагрузки при открытых вентилях 1 и 6 показан на рис 4.2,а. В катодной группе открыт тот вентиль, напряжение анода которого при положительной полярности относительно нулевой точки (т.е. фазное напряжение) будет наибольшим. В анодной группе открыт вентиль, фазное напряжение которого при отрицательной полярности наибольшее. Таким образом, в проводящем состоянии находятся те два накрест лежащих вентиля, между которыми действует в проводящем направлении наибольшее линейное напряжение. Например, на интервале υ1 – υ2 открыты вентили 6 и 1; на интервале υ2 – υ3 – 1 и 2; на интервале υ3 – υ4 – 2 и 4 и т.д. Интервал проводимости каждого вентиля (в катодной и анодной группе) равен Ψ = 2π /3, а интервал совместной работы двух вентилей составляет Ψ1 = π /3. Таким образом, за период напряжения питающей сети происходит шесть переключений вентилей, в связи с чем схему называют шестипульсной.

Определим основные соотношения для данной схемы. Разность потенциалов φd(+) и φd(-) определяет напряжение на нагрузке. Кривая φd(+)формируется из участков фазных напряжений положительной полярности катодной группы вентилей, а кривая φd(-) – из участков фазных напряжений отрицательной полярности анодной группы вентилей (рис. 4.2,б). Кривая ud состоит из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора. Среднее значение выпрямленного напряжения Ud определяют по среднему напряжению ud за период его повторяемости, равный π /3

Напряжение Ud в мостовой схеме в два раза больше чем в нулевой схеме, поскольку на нагрузке суммируются напряжения двух нулевых выпрямителей. Очевидно, в этом случае требуется вдвое меньшее напряжение U2, равное

В мостовой схеме значительно снижается коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения по первой гармонике и увеличивается частота пульсаций. При m = 6 получим:

Среднее и максимальное значение анодного тока в вентиле определяется равенством (4.3).

При проводящем состоянии двух вентилей схемы, другие четыре вентиля находятся в закрытом состоянии. Кривая обратного напряжения строится также как и для трехфазной нулевой схемы и состоит из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора (рис. 4.2, и). Максимальное (амплитудное) значение обратного напряжения, как и в нулевой схеме, равно Ubmax = . Однако соотношения между Ubmax и Ud в мостовой схеме другие, поэтому максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентилю в закрытом состоянии, в мостовой схеме меньшее

Читайте также:  Сделать регулятор напряжения для сварочного аппарата

В соответствии с (4.14) вентили в трехфазном мостовом выпрямителе выбирают на напряжение приблизительно равное Ud.

Для расчета трансформатора определяют действующие значения вторичного тока I2 и первичного – I1 (рис.4.2,з). Ток вторичной обмотки трансформатора, определяется токами двух вентилей, подключенных к каждой фазе. Например, ток ι состоит из токов вентилей 1 и 4. Вторичный ток является переменным, имеет форму прямоугольных импульсов с амплитудой Id и паузой между импульсами, равной π / 3. Постоянная составляющая в токе ι2 отсутствует, поэтому вынужденное подмагничивание магнитопровода трансформатора в мостовой схеме также отсутствует.Токи I1 и I2 определяют из следующих соотношений

В мостовой схеме расчетные мощности первичных и вторичных обмоток и типовая мощность трансформатора равны:

Из (4.17) следует, что трансформатор для трехфазного мостового выпрямителя выбирают на мощность близкую к мощности нагрузки, что также является преимуществом этой схемы.

При сравнении рассматриваемой схемы с трехфазной нулевой схемой, очевидны преимущества мостового трехфазного выпрямителя:

— большее среднее значение выпрямленного напряжения по отношению к фазному напряжению вторичной обмотки трансформатора;

— высокий показатель использования диодов по обратному напряжению ( — мостовая схема, — нулевая схема);

— меньшее значение коэффициента пульсаций мгновенного значения выпрямленного напряжения (q1 = 5,7% — мостовая схема; q1 = 25% — нулевая схема);

— лучшее использование трансформатора, т.е. типовая мощность меньше чем в нулевой схеме;

— отсутствие потока вынужденного подмагничивания.

Источник

Выпрямители: разновидности, схемы, формулы и функции расчета

Содержание

  1. Параметры выпрямителей
  2. Однофазный однополупериодный выпрямитель
  3. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой
  4. Однофазный мостовой выпрямитель
  5. Схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом
  6. Схема трехфазного мостового выпрямителя (схема Ларионова)

В маломощных источниках питания (до нескольких сотен ватт) обычно используют однофазные выпрямители. В мощных источниках целесообразно применять трехфазные выпрямители.

Выпрямители имеют следующие основные параметры: а) среднее значение выходного напряжения u вых

где Т − период напряжения сети (для промышленной сети − 20 мс);

  • среднее значение выходного тока i выx и I ср= 1/T· T ∫ 0i выхdt
  • коэффициент пульсаций выходного напряжения ε = U m/ U ср, где U m — амплитуда низшей (основной) гармоники выходного напряжения. Часто коэффициент пульсаций измеряют в процентах.

Обозначим его через ε %: ε % = U m/U ср · 100%

Указанные параметры являются наиболее важными при использовании выпрямителя.

Параметры выпрямителей

При проектировании выпрямителя широко применяются также следующие параметры, характеризующие его внутренние особенности:

  1. действующее значение U вх входного напряжения выпрямителя;
  2. максимальное обратное напряжение U обр.макс на отдельном диоде или тиристоре (т. е. на вентиле). Это напряжение принято выражать через напряжение U ср;
  3. среднее значение I д.ср тока отдельного вентиля;
  4. максимальное (амплитудное) значение I д.макс тока отдельного вентиля.

Токи I д.ср и I д.макс принято выражать через I ср. Значение U обр.макс используется для выбора вентиля по напряжению. Значения

I д.сри I д.макс используются для выбора вентиля по току. Здесь следует иметь в виду, что вследствие малой тепловой инерционности полупроводникового вентиля он может выйти из строя даже в том случае, когда его средний ток I д.срм мал, но велик максимальный ток I д.макс.

Однофазный однополупериодный выпрямитель

Он является простейшим и имеет схему, изображенную на рис. 2.73, а. В таком выпрямителе ток через нагрузку протекает лишь в течение полупериода сетевого напряжения (рис. 2.73, б).

Исходя из приведенных выше определений, получим основные параметры:

Читайте также:  Нормальное напряжение литиевой батарейки

U ср= √2 / π · U вх вх≈ 2,22 · U ср

I ср= U ср R н ε= π/ 2 = 1,57

Васильев Дмитрий Петрович Профессор электротехники СПбГПУ

Такой выпрямитель находит ограниченное применение в маломощных устройствах. Кроме прочего, характерной отрицательной чертой однополупериодного выпрямителя является протекание постоянной составляющей тока во входной цепи. Если выпрямитель питается через трансформатор, как показано на рис. 2.73, в, то наличие указанной постоянной составляющей тока вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, что приводит к необходимости увеличивать его габаритные размеры.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой

Представляет собой параллельное соединение двух однополупериодных выпрямителей. Рассматриваемый выпрямитель может использоваться только с трансформатором, имеющим вывод от середины вторичной обмотки (рис. 2.74, а).

Диоды схемы проводят ток поочередно, каждый в течение полупериода (рис. 2.74, б).

Основные параметры такого выпрямителя получим аналогично тому, как это делалось ранее:

U ср= 2 · √2 · U 2/ π≈ 0,9 · U 2

U обр.макс= 2 · √2 · U 2= π · U ср

I д.макс= √2 · U 2/ R н= π· I ср / 2

где U 2 — действующее значение напряжения каждой половины вторичной обмотки.

Рассматриваемый выпрямитель характеризуется довольно высокими технико-экономическими показателями и широко используется на практике. При его проектировании полезно помнить о сравнительно большом обратном напряжении на диодах.

Однофазный мостовой выпрямитель

(рис. 2.75, а) можно считать пределом совершенства тех однофазных выпрямителей, которые могут использоваться без трансформатора.

Не известна другая однофазная схема без трансформатора, в которой бы так рационально использовались диоды. Диоды в рассматриваемой схеме включаются и выключаются парами. Одна пара — это диоды D 1 и D 2, а другая — D 3 и D 4. Таким образом, к примеру, диоды D 1 и D 2 или оба включены и проводят ток, или оба выключены (рис. 2.75, б).

Абрамян Евгений Павлович Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Если не забывать мысленно заменять каждый включенный диод закороткой, а каждый выключенный — разрывом цепи, то анализ работы этой схемы оказывается совсем нетрудным.

Основные параметры усилителя следующие:

U ср = 2 · √2 / π· U вх ≈ 0,9 · U вх

U обр.макс= √2 · U вх= π/2 · U ср

I д.макс= √2 · U вх/ R н= π/2 · I ср

Такой выпрямитель характеризуется высокими технико-экономическими показателями и широко используется на практике. Часто все четыре диода выпрямителя помещают в один корпус.

Схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом

Его временные диаграммы работы приведены на рис. 2.76.

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения составляет 0,25, в то время как для двухполупериодного однофазного выпрямителя коэффициент пульсаций равен 0,67. частота пульсаций в трехфазном выпрямителе в три раза выше частоты питающей сети.

Схема трехфазного мостового выпрямителя (схема Ларионова)

Приведена на рис. 2.77.

Используемые в данной схеме 6 диодов выпрямляют как положительные, так и отрицательные полуволны трехфазного напряжения. Этот выпрямитель является аналогом однофазного мостового выпрямителя.

Васильев Дмитрий Петрович Профессор электротехники СПбГПУ

Рассматриваемый выпрямитель характеризуется высокими технико-экономическими показателями и очень широко используется на практике. Коэффициент пульсаций схемы очень мал (ε = 0,057), а частота пульсаций в шесть раз выше частоты сети. Все это позволяет в некоторых случаях не использовать выходной фильтр. Анализ работы рассматриваемой схемы сложнее, чем анализ работы однофазного мостового выпрямителя, однако не сопряжен с какими-либо принципиальными затруднениями.

Источник

Электроника

учебно-справочное пособие

  • Главная
  • Теория
  • Практика
  • Справочники
  • Схемы
  • Arduino
  • Тесты

Расчет выпрямителей напряжения

Выпрямители относятся ко вторичным источникам электропитания, для которых первичным источником являются сети переменного тока. Выпрямитель — это устройство, которое преобразует переменное напряжение питающей сети в однонаправленное пульсирующее. Именно однонаправленное пульсирующее так как назвать его постоянным немного некорректно. Существует и несколько иное определение: выпрямитель предназначен для преобразования переменного напряжения в импульсное напряжение одной полярности.

Читайте также:  Реле напряжения для автомобиля 12 вольт

Выпрямители могут быть однополупериодные и двуполупериодные. К тому же они разделяются на однофазные и многофазные.

Однополупериодный выпрямитель

Рис. 1 — Диаграмма напряжений однополупериодного выпрямителя

Схема однополупериодного выпрямителя до боли проста и объяснять тут нечего. Для наглядности положительные и отрицательные полуволны показаны разными цветами (рис. 1). Поскольку диод обладает свойствами односторонней проводимости, на выходе получается пульсирующее напряжение одной полярности. Для схемы характерны следующие параметры:

Среднее значение выпрямленного напряжения:

Действующее значение входного напряжения:

Среднее значение выпрямленного тока:

Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора:

Достоинства схемы — простота конструкции.

Недостатки — большие пульсации, малые значения выпрямленного тока и напряжения, низкий КПД.

Применяется такая схема для питания низкоомных нагрузок, некритичных к высоким пульсациям. В бытовой технике однолупериодные выпрямители применяются в основном в импульсных источниках питания: из-за большой рабочей частоты (около 15 кГц а иногда и выше) пульсации не столь чувствительны и их легче сгладить.

Двухполупериодный выпрямитель

Схема выпрямления с выводом от средней точки трансформатора

Рис. 2 — Диаграмма напряжений схемы выпрямителя с выводом от средней точки трансформатора

Пунктиром показано напряжение на входе второго диода. Как видно из графиков, во время первого полупериода первый диод открыт и на нагрузке создается падение напряжения. Во время второго полупериода первый диод закрывается, поскольку оказывается включенным в обратном направлении, а второй, наоборот, открывается и на нагрузке снова выделяется положительная полуволна. На схеме плюсиками и минусами обозначено действие полуволн переменного тока. Частота пульсаций двуполупериодного выпрямителя вдвое больше, что является его достоинством. Для такой схемы характерны следующие параметры:

Достоинства: удвоенные значения Uср и Iср , вдвое меньший коэффициент пульсаций по сравнению с однополупериодной схемой.

Недостатки: наличие трансформатора с двумя симметричными обмотками (что увеличивает его массогабаритные показатели). К тому же на диодах удвоенное обратное напряжение.

Мостовая схема выпрямителя

Рис. 3 — Схема мостового выпрямителя

Параметры такие же, как и двухполупериодной схемы со средним выводом, кроме обратного напряжения (оно в два раза меньше). Положительная полуволна (с верхнего по схеме вывода трансформатора) проходит через диод VD2, затем через нагрузку, затем через VD3 ко второму выводу трансформатора. При смене направления тока работают диоды VD4, VD1. Недостатком схемы считается удвоенное число диодов.

Достоинство — не нужен трансформатор со средней точкой.

Трехфазный выпрямитель

Однополупериодный трехфазный выпрямитель

Рис. 4 — Схема и диаграммы напряжений трехфазного однополупериодного выпрямителя

Каждая фаза смещена относительно другой на угол 120°. На нагрузке работает та фаза, у которой больше значение положительной полуволны в данный момент времени. В схеме диоды используются в течении 1/3 периода. При этом необходимо наличие средней точки.

Среднее значение выпрямленного напряжения:

Двухполупериодный трехфазный выпрямитель

Рис. 5 — Схема двухполупериодного трехфазного выпрямителя

По принципу действия такая схема аналогична однофазной двухполупериодной (мостовой). Для нее характерно:

Находит применение при различных величинах входного напряжения и токах нагрузки в сотни Ампер. Схема экономична, имеет низкие пульсации. Однако в реальных схемах коэффициент пульсаций составляет 8-10% из-за несимметричности фазных питающих напряжений.

Источники:

Электроника © ЦДЮТТ • Марсель Арасланов • 2019

Источник