1.3 Трехфазные неуправляемые выпрямители

1.3.1 Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом трансформатора

Рис. 1.3.1

Схема содержит трансформатор вторичные обмотки, которого соединена звездой. Первичные обмотки соединяют либо звездой, либо треугольником. Выводы вторичных обмоток присоединяют к анодам трех диодов. Нагрузку подключают между нулевым выводом трансформатора и катодной группой вентилей, рисунок 1.3.1.

При рассмотрении принципа работы схемы не учитываются индуктивности рассеяния обмоток трансформатора, считается, что коммутация токов осуществляется мгновенно.

На рисунке 1.3.2, а показаны фазные напряжения , , вторичных обмоток трансформатора относительно нулевой точки. Одновременно в открытом состоянии находится только один диод, анод которого имеет более высокий потенциал, относительно потенциалов анодов двух других диодов, закрытых напряжением равным разности напряжения подключенной к ним фазы и фазы проводящего диода:

- на интервале t₁ – t₂ открыт VD₁;

- на интервале t₂ – t₃ открыт VD₂;

- на интервале t₃ – t₄ открыт VD₃;

- на интервале t₄ – t₅ открыт VD₁.

Рис. 1.3.2

Интервал проводимости каждого диода составляет: . Открытый диод подключает напряжение соответствующей фазы к нагрузке. В результате на ней действует пульсирующее напряжение представляющее собой участки фазных напряжений, рисунок 1.3.2, б. При чисто активной нагрузке кривая выпрямленного тока повторяет кривую выпрямленного напряжения. Очередность открывания вентилей характеризуют кривые токов, рисунок 1.3.2, в, г, д. Среднее значение выпрямленного напряжения равно:

.

Среднее значение выпрямленного тока при активной нагрузке определяется аналогично:

.

Коэффициент пульсаций первой гармоники выпрямленного напряжения:

.

Частота пульсаций первой гармоники:

Гц.

Среднее значение тока диода:

.

На рисунке 1.3.2, е построена кривая обратного напряжения на диоде VD₁. Обратное напряжение представляет из себя разность потенциалов анода и катода диода. Изменение потенциала анода VD₁ определяется фазным напряжением , а катода фазным напряжением , при проводящем диоде VD₂ и фазным напряжением , при проводящем диоде VD₃. Таким образом, обратное напряжение на диоде VD₁ состоит из участков линейных напряжений и . Максимальное значение обратного напряжения равно амплитуде линейного вторичного напряжения:

.

Ток вторичной обмотки трансформатора определяется соответствующим током диода, действующее значение этого тока:

.

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора:

.

Расчетная мощность первичной обмотки трансформатора:

.

Расчетная полная мощность трансформатора:

.

Кривые токов диодов содержат постоянную составляющую, которая, протекая через вторичную обмотку трансформатора, создает в каждом из его стержней однонаправленный поток вынужденного намагничивания. Это явление приводит к насыщению трансформатора, а значит к увеличению полной мощности трансформатора. Для устранения дополнительных потерь, вызванных переменной составляющей потока вынужденного намагничивания, первичные обмотки трансформатора соединяют треугольником. При этом расчетная полная мощность трансформатора не изменяется. Для устранения постоянной составляющей потока вынужденного намагничивания каждую вторичную обмотку расщепляют на две части и полученные шесть обмоток соединяют зигзагом, так чтобы каждая обмотка располагалась на двух стержнях.

Достоинство схемы – малое падение напряжения на диодах. Используется для получения невысоких напряжений (десятки, сотни вольт) при повышенных мощностях (от 500 Вт). Схема характеризуется плохим коэффициентом использования трансформатора, отгосительно большим обратным напряжением на диодах и наличием вынужденного намагничивания трансформатора.