Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (трехфазный однополупериодный). Выпрямитель трехфазный с нулевым выводом

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (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 Uca, 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 Bm), 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).

Основные соотношения:

Трёхфазная мостовая схема выпрямления

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.

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:

;;

;;

studfiles.net

Однофазная схема с нулевым выводом (двухполупериодная)

Схема выпрямителя представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей, работающих на общую нагрузку.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений цепей.

На интервале времени [0;] потенциал точки а – положительный, а точки б – отрицательный, поэтому диодVD1 – открыт и через него протекает ток. Напряжение, снимаемое с верхней обмотки трансформатора прикладывается к нагрузке. В моментпроисходит перекоммутация сVD1 наVD2, т.к. отрицательный потенциал прикладывается к катодуVD2. Таким образом через нагрузку ток протекает в одном и том же направлении в течение одного периода.

Достоинства схемы выпрямления: за счет малого числа коммутируемых элементов уменьшаются потери в выпрямительном звене, что позволяет использовать схему при высоком токе нагрузки. Существует возможность размещения полупроводников на одном радиаторе без изолятора.

Недостатки схемы выпрямления: при отключении диода за счет наведения ЭДС с работающей полуобмотки в неработающую происходит удвоение напряжения, прикладываемого к диоду в закрытом состоянии. Это не позволяет использовать схему при высоких уровнях выпрямленного напряжения. Кроме того на каждом такте участвует в работе только одна из полуобмоток, что ухудшает использование трансформатора. С точки зрения качественных показателей (К0,Кп) данная схема не отличается от однофазной мостовой схемы выпрямления.

Основные соотношения для схемы выпрямителя:

.

Под габаритной мощностью трансформатора понимаем полусумму мощностей всех обмоток трансформатора, поэтому с учетом 2-х полуобмоток трансформатора в уравнение для Pmр во втором слагаемом появляется множитель, равный 2. ТокIапротекает в течение одного полупериода и имеет синусоидальную форму, поэтому дополнительно появляется множитель, равный(поскольку). В однофазной мостовой схеме выпрямителяKтр= 1,23,что используется в уравнение дляPтр. Тогда, для двухполупериодной схемы имеем

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (трехфазный однополупериодный)

Данная схема содержит трехфазный трансформатор Tи три диода. Нагрузка включается между точкой соединения диодов и нулевым выводом.

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

На интервале времени [t1;t2] фаза “a” имеет наибольший потенциал по сравнению с другими фазами относительно нулевой точки трансформатора , поэтому диодVD1 находится в открытом состоянии и через него протекает ток. На нагрузке напряжение изменяется по закону огибающей фазы “a”.

В момент t2происходит перекоммутация сVD1 наVD2, 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 t3прикладывается линейное напряженияUca, так как происходит переключение вентилей (сVD2 наVD3).

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 Bm), что приводит к дополнительному увеличению габаритов трансформатора. Иногда в сердечник трансформатора вводят воздушный зазор.

• Более низкие качественные показатели (Kп ,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).

studfiles.net

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (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 Uca, 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 Bm), 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).

Основные соотношения:

Трёхфазная мостовая схема выпрямления

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.

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:

;;

;;

studfiles.net

Трехфазный выпрямитель со средней (нулевой) точкой

Электрическая схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом (рис. 2.1) представляет собой сочетание двух однофазных нулевых схем (см. рис. 1.1). Нагрузка выпрямителя подключена между нулевой (средней) точкой вторичной обмотки трансформатора и катодами диодов VD1 – VD3, образующих катодную группу. Можно образовать анодную группу, присоединив катоды ко вторичной об­мотке.

Для анализа электромагнитных процессов и вывода основных соотношений сна­чала предположим, что нагрузка выпрямителя активная, ключ К замкнут (рис. 2.1, а). В дан­ный момент времени ток проводит диод, положительный потенциал которого на аноде по отношению к средней точке трансформатора выше, чем на остальных диодах.

Так, в момент времени θ = θ1 ток начинает проводить диод VD1, присоединенный к фазе а. Через время, соответствующее углу 2π/3 (θ = θ2), потенциал на аноде диода VD2 (ub) становится выше, чем на аноде VD1. В связи с этим VD1 запирается, а VD2 открыва­ется. Происходит коммутация тока нагрузки (id) с диода VD1 на VD2. В точке 3 (рис. 2.1, в) uc> ub, диод VD2 запирается, VD3 начинает проводить ток и т.д.

Таким об­разом, ес­тественная коммутация тока нагрузки с диода на диод происходит в точках пересече­ния синусоид фазных напряжений. Поэтому точки 1, 2, 3 (см. рис. 2.1, в) называются точками естест­венного зажигания (коммутации) диодов. Выпрямленное напряжение ud пред­ставляет собой огибающую синусоид фазных напряжений (рис. 2.1, г). При активной нагрузке кривая выпрямленного тока id повторяет по форме кривую напряжения ud.

Частота пульсаций  ud, id в три раза больше частоты сетевого напряжения (m = 3), так как каждый диод проводит ток в течение 1/3 периода подводимого напряжения (рис. 2.1, д).

В не­проводящую часть периода к диоду прикладывается обратное напряжение (рис. 2.1, е), которое формируется из фазных напряжений закрытого и проводящих диодов. Напри­мер, когда проводит диод VD2, к диоду VD1 приложено линейное напряжение uab= ua – ub. В момент включения VD3 подается напряжение uac= ua – uc. Соответствующие напряже­ния (см. рис. 2.1, в) заштрихованы.

Форма первичного тока i1, построенная по кривым фазных токов вторичной обмотки, отклоняется от синусоиды (рис. 2.1, ж).

Выведем общие выражения, характеризующие количественные соотношения в трехфазных выпрямителях. За начало отсчета примем момент прохождения напряже­ния фазы а (рис. 2.1 в) максимального значения. Тогда среднее значение выпрямлен­ного напряжения равно:

                      (2.1)

где  

Пределы интегрирования соответствуют времени про­водя­щего состояния диода. Для рассматриваемой схемы (рис. 2.1  а) m = 3; тогда:

Среднее значение выпрямленного тока (нагрузка активная)

,                                                     (2.2)

при m = 3        Id = 1,17 I2ф.

Коэффициент пульсаций для ν-й гармоники равен:

                                                        (2.3)

а частота пульсаций равна:

                                                                        (2.4)

Для выбора диодов необходимо знать максимальное значение обратного напря­жения на диоде (Uобр м):

,                                      (2.5)

при m = 3                   Uобр.м = 2,45 U2ф = 2,09Ud.

Средний ток через диод равен:

Iв ср = Id/ m.                                                         (2.6)

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора нахо­дится из выражения (2.1):

,                                                  (2.7)

при m = 3                   U2ф = 0,855Ud.

При учете активных сопротивлений обмоток трансфор­матора (ra) и диодов в прямом направлении (rпр) напряжение U2ф будет равно:

,

где  – условный коэффициент полезного действия (КПД) анодной цепи.

При работе на реальную нагрузку (см. рис. 2.1, а, ключ К разомкнут) изменяются формы токов (становятся прямоугольными) в диоде, нагрузке и в обмотках трансфор­матора (см. рис. 2.1, г, д, ж, штриховые линии). Для расчета элементов схемы необходимо полу­ченные уравнения дополнить соотношениями для токов вторичной и первичной обмоток трансформатора:

                                            (2.8)

Параметры трехфазной нулевой выпрямительной схемы приведены в таблице 1.1.

При прохождении тока через диод и вторичную обмотку трансформатора (см. рис. 2.1, а) создаются вынужденные потоки подмагничивания сердечника трансформатора. Эти потоки составляют 20 – 25 % от основного магнитного потока трансформатора.

Для устранения в сердечнике трансформатора постоянной составляющей потока вынуж­денного намагничивания каждую вторичную обмотку расщепляют на две части и со­единяют способом «зигзаг» (рис. 2.1, б). Кривые первичного тока для этого случая по­казаны на рис. 2.1, з при соединении первичной обмотки в звезду.

В каждом стержне постоянные составляющие намагничивающих сил полуобмо­ток направлены встречно и взаимно компенсируются. Однако это приводит к худшему использованию вторичных обмоток, так как суммарная ЭДС двух полуобмоток, рас­положенных на разных стержнях, меньше в  суммы ЭДС полуобмоток, находя­щихся на одном стержне. В результате ухудшается использование меди вторичных по­луобмоток, увеличиваются расчетная и типовая мощности трансформатора (см. таб­

лица 1.1). Это послужило причиной сравнительно редкого применения трехфазной нуле­вой схемы в цепях управления электрическими машинами средней и большей мощно­сти. Она используется чаще всего в качестве составной части более сложных схем вы­прям­ления, например, в схеме двойного трехфазного выпрямителя с уравнительным реакто­ром (в схеме Кюблера), трехфазной мостовой схеме и т.д.

electrono.ru

В) Трехфазные выпрямители с выводом нулевой точки трансформатора

В трехфазных схемах с нулевым выводом (нулевая схема) свободные концы вторичных обмоток связаны, как и в двухфазной схеме, с анодами вентилей и ток через вторичные обмотки проходит только в одном направлении. В общей точке связи катодов анодные токи суммируются, образуя выпрямленный ток . В период одиночной работы выпрямленный ток проходит через один из вентилей, а в период коммутации – через два вентиля. КогдаХd в цепи нагрузки бесконечно велико и , изменение анодных токов происходит в короткозамкнутом внутреннем контуре между двумя фазами (рис.1.20,а).

Рис. 1.20. Выпрямление трехфазного тока с нулевым выводом

Через вентиль, вступающий в работу (вентиль VD2), ток проходит в проводящем (прямом) направлении, а в вентиле, заканчивающим свою работу (вентиль VD1), ток проходит в непроводящем (обратном) направлении, уменьшая тем самым анодный ток в этом вентиле (VD1).

Разность фазовых напряжений, создающая принужденную составляющую тока равна

. (1.104)

Примечание. В случае, когда вторичных обмоток три , линейное напряжение

.

Сопротивление в контуре коммутации равно двойному значению анодного сопротивления Ха. Поэтому принужденную составляющую тока можно определить по аналогии с однофазной нулевой схемой по уравнению

. (1.105)

Свободная составляющая равна с обратным знаком значению в моментt=0 .

Поэтому

. (1.106)

Полный ток в короткозамкнутом контуре

. (1.107)

Косинусоида, соответствующая , построена пунктиром на рис. 1.20, г. Отрицательный максимум ее совпадает с началом коммутации тока. Величина коммутации тока может быть найдена графически по точке пересечения прямой, проведенной, как показано на рис. 1.20, г., от касательной к отрицательному максимуму косинусоиды вверх на величину, равную Id . Току , равному в период коммутации, соответствует участок косинусоиды, заключенный между касательной к ней и прямойId . По этому участку и построен начальный участок тока в вентилеVD2 в первый период коммутации. Во внекоммутационный период анодный ток и равный ему выпрямленный ток, остается приXd = неизменным и равным среднему значению тока Id.

В период коммутации ток, в заканчивающем свою работу вентиле, равен

. (1.108)

Аналитическую зависимость для угла  можно получить, подставив в (1.107) значение при t=, либо в (1.108) значение приt= .

Это дает

, (1.109)

откуда

. (1.110)

Мгновенное значение выпрямленного напряжения в период коммутации равно полусумме фазных напряжений (рис 1.20, в), поскольку напряжения коммутирующих фаз становятся одинаковыми в силу общих потенциалов у начала и конца обмоток (у фазы вступающих в работу, напряжение снижается на столько же, насколько оно понижается в фазе, заканчивающей свою работу)

(1.111)

По окончании коммутации выпрямленное напряжение повышается скачком, а далее во внекоммутационный период следует за изменением фазового напряжения.

Падение выпрямленного напряжения в период коммутации, характеризуемое ординатами заштрихованных на рис.1.20, в площадок, дает полуразность фазовых напряжений

(1.112)

Среднее значение падения напряжения может быть найдено путем обобщения формулы (1.91) для однофазной схемы на m фаз. Это дает

(1.113)

Подставляя в (1.113) значение из (1.109), получаем

(1.114)

Падение напряжение определяет ход внешней характеристики приXd =0

. (1.115)

Ход обратного напряжения на вентиле в схеме выпрямления тока показывает кривая, построенная для вентиля VD2 на рис. 1.20, д. Максимальное значение обратного напряжения на вентиле при m =3 равно

. (1.116)

Начальный скачек обратного напряжения равен выражению

. (1.117)

Необходимо иметь ввиду, что при оценке надежности работы вентиля (в отношении вероятности пробоя) наряду с большое влияние на такую вероятность оказывает начальное значение обратного тока, находящегося в прямой зависимости от скорости спада анодного токаперед включением вентиля. В связи с этим становится особо важно знать ход изменения тока в период коммутации. Производную анодного тока дает дифференцирование по углу уравнения (1.107)

.

Величина повышает значение производной в момент, предшествующей включению вентиля, а величинаXa уменьшает производную тока .

Поэтому в тех случаях, когда по расчетам превышает допустимые (предельные

значения) скорости изменения анодного тока вентилей, необходимо устанавливать дополнительно реактор в цепи первичного напряжения согласующего трансформатора.

studfiles.net

3.1. Однофазный двухполупериодный неуправляемый выпрямитель с нулевым выводом.

Рисунок 3.3

Силовой трансформатор Tр имеет две вторичные обиотки W2’, W2’’, связанные с первичной обмоткой id коэффициентом трансформации Схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток сдвинуты относительно друг друга на 180 градусов. Рассмотрим работу схемы для активной нагрузки (рисунок 3.3).

При поступлении полуволны напряжения положительной полярности (интервал 0-π) напряжение на обмотках транзистора без скобок. К диоду VD1 прикладывается напряжение положительной полярности, к VD2 – отрицательной. Таким образом на интервале от 0 до π VD1 открыт VD2 закрыт.

При поступлении напряжения U1 отрицательной полярности (интервал π - 2 π), полярность напряжения на обмотках транзистора становится в скобках. VD1 закрывается, VD2 – открывается. К нагрузке прикладывается напряжение той же полярности, что и на предшествующем интервале. Далее процессы повторяются. Среднее выпрямленное напряжение

.

Средний ток нагрузки .

Средний ток диода, необходимый для его выбора .

3.2.1. Работа выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке.

Рисунок 3.4

Режим активно-индуктивной нагрузки (рисунок 3.4) получается при включении последовательно с активной нагрузкой сглаживающего L – фильтра или при работе выпрямителя на обмотку электромагнита, или двигатель постоянного тока. Здесь, как и в предыдущем случае, режим работы диодов определяется напряжениями вторичных обмоток трансформаторов. VD1 открыт на интервалах 0-π, 2π- 3 π, и т.д., а VD2 на интервалах π-2π, 3π-4π и т.д. .Кривая напряжения Ud образуется напряжением вторичных обмоток трансформатора и имеет тот же вид, что и при активной нагрузке. Ток id под влиянием индуктивности получается сглаженным. Поскольку ток в индуктивности отстает по фазе от напряжения, максимумы id следуют с некоторой задержкой относительно максимумовUd. Если активное сопротивление дросселя принять равным нулю, то форма напряжения Udн имеет тот же вид , что и ток id, а среднее напряжение на нагрузке (среднему напряжению на выходе выпрямителя). При увеличении индуктивности её сглаживающие действия повышаются и пульсации в кривой Udн – уменьшаются.

3.2.2. Работа выпрямителя при активно-ёмкостной нагрузке

Рисунок 3.5

Активно-ёмкостная нагрузка выпрямителя (рисунок 3.5) создаётся при использовании конденсатора для сглаживания кривой выпрямленного напряжения. При этом поведение схемы характеризуется импульсным режимом работы.

В отличие от предыдущих случаев для отпирания диодов VD1 или VD2 недостаточно только изменения полярности полуволн напряжений. Необходимо, чтобы вторичные напряжения превысили напряжение на конденсаторе С, определяющие потенциал катодов VD1 и VD2 и выходное напряжение Ud.

Пусть на интервале ,и . Оба диода при этом закрыты. К VD2 приложено обратное напряжение . VD1 закрыт, т.к. и приложено к нему в обратном направлении. Питание нагрузки производится от конденсатора, разряжающегося на неё с постоянной времени . В момент , VD1 открывается, подключая конденсатор и нагрузку к напряжению U2’. На интервале конденсатор разряжается под действием напряжения U2’. Процесс заряда конденсатора заканчивается в момент , когда напряжение на нём станет равным U2’ и VD1 закрывается. На интервале VD1 и VD2 заперты, конденсатор разряжается на нагрузку. В момент , открывается VD2 и на интервале пропускает импульс зарядного тока конденсатора. Далее процессы повторяются.

Наличие конденсатора делает кривую Ud сглаженной по сравнению с активной нагрузкой. Поскольку Cd = Ud/Rн, ток нагрузки получается также хорошо сглаженный.

studfiles.net

1.2. Неуправляемые выпрямители трехфазного тока

За исключением случаев, когда единственно возможным источником питания является сеть однофазного переменного тока, питание постоянным током потребителей средней и большей мощности производится от трехфазных выпрямителей. При выпрямлении трехфазного переменного тока достигается лучшее качество выпрямленного напряжения за счет снижения амплитуды пульсаций. Напряжение трехфазных выпрямителей легче подвергается сглаживанию, так как частота пульсаций здесь существенно выше, чем в однофазных выпрямителях. Облегчающим фактором в построении выпрямительных установок рассматриваемого диапазона мощностей служит и меньшая загрузка вентилей трехфазных схем по току и напряжению. Из выпрямителей трехфазного тока находят применение две основные схемы выпрямления – трехфазная с нулевым выводом и трехфазная мостовая.

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом обмотки трансформатора

В схему трехфазного неуправляемого выпрямителя с нулевым выводом входит трансформатор со вторичными обмотками, соединенными звездой. Первичные обмотки соединяются звездой или треугольником. Выводы вторичных обмоток связаны с анодами трех вентилей. Нагрузка подключается к общей точке соединения катодов вентилей и нулевому выводу вторичных обмоток. Принцип действия иллюстрируется временными диаграммами

на рис.1.5. На рис. 1.5 б показана трехфазная система вторичных напряжений трансформатора относительно нулевой точки (фазные напряжения Е2а, Е2в, Е2с). В силу того, что нагрузка подключена к нулевому выводу вторичных обмоток и общей точке соединения катодов вентилей, последние способны проводить ток только при положительной полярности вторичных напряжений.

При чисто активной нагрузке кривая ее тока Id=Ud/Rd имеет ту же форму, что и напряжение, Ud (рис. 1.5, в). Указанной очередности отпирания вентилей соответствуют кривые анодных токов, показанные на рис.1.5, в.

Среднее значение выпрямленного напряжения находят по площади анодных напряжений на рис. 1.5, в

(1.32)

где — действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Из рис.1.5 находим

(1.33)

Среднее (за период) значение тока через вентиль будет равно

(1.34)

Максимальное значение тока через вентиль связано со средним значениемId

(1.35)

Обратное напряжение на вентиле в данной схеме определяется междуфазным линейным напряжением вторичных обмоток, поскольку неработающий вентиль присоединен анодом к одной из фаз, а катодом через другой работающий вентиль к другой фазе, вторичной обмотке трансформатора. Мгновенное значение междуфазного напряжения соответствует ординатам заштрихованной площади на рис. 1.5,б. По ним построена линейная диаграмма обратного напряжения на вентиле (рис. 1.5,г).

Максимум обратного напряжения равен амплитуде междуфазного напряжения

(1.36)

По выражениям (1.34), (1.35) и (1.36) выбирается вентиль.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки определяется по выражению (1.34). Действующее значение тока в этой обмотке можно подсчитать, пренебрегая пульсациями тока (что не вносит заметной ошибки), т.е. в предположении, что ток вентиля, а следовательно, и ток вторичной обмотки трансформатора изменяется по прямоугольнику с высотой Id.

Тогда

. (1.37)

Действующее значение тока превосходит среднее значение этого тока в раз.

При рассмотрении первичных токов необходимо учитывать схему соединения первичной обмотки.

При соединении первичной обмотки в звезду

При соединении первичной обмотки в звезду (рис. 1.6, а.) закономерность получается несколько иной в силу того, что ток, проходящий по одной фазе, связан через нулевую точку с токами в других фазах.

Рис.1.6. Характеристики выпрямителя трехфазного тока с нулевым выводом, когда первичная обмотка соединена в звезду

Действительно, в каждый момент токи в узле (нулевой точке) связаны уравнением

, (1.38)

из которого следует, что ток одной из фаз по необходимости вызывает токи и в других фазах первичной обмотки, хотя вторичные обмотки этих фаз токов не пропускают.

Для того, чтобы найти токораспределение в первичных обмотках при протекании тока в одной из вторичных обмоток, воспользуемся дополнительно к (1.38) уравнениями , характеризующими баланс магнитодвижущих сил (МДС) по замкнутым магнитным контурам, или уравнениями для токов, характеризующими эти МДС при равенстве чисел витков.

Так, начиная рассмотрение с той трети периода, когда ток проходит по фазе вторичной обмотки а, как это показано на рис. 1.6,а, обходя один раз по магнитному контуру, включающему сердечник А и В, а в другом случае по контуру, включающему сердечник В и С, при равенстве числа витков можем получить два уравнения для витков

(1.39)

Совместное решение (1.38) и (1.39) для рассматриваемой трети периода дает токи в фазах первичной обмотки

(1.40)

Из (1.39) следует, что первичная обмотка, соответствующая нагруженной вторичной обмотке, пропускает в положительном направлении 2/3 нагрузочного тока (приведенного к первичной обмотке), в то время как две другие фазы пропускают в отрицательном направлении в рассматриваемую 1/3 периода по 1/3 от нагрузочного тока (рис. 1.6,б). В следующие две трети периода токораспределение повторяется для двух других фаз. Изменение первичных токов в фазах А и В изображены на (рис.1.6,в и г).

Найденное токораспределение сказывается на потокораспределении в магнитной системе трансформатора. При прохождении тока на первом сердечнике получается небаланс в 1/3 от полной МДС, причем избыточная МДС создается током вторичной обмотки. На двух других сердечниках в эту же треть периода также создается небаланс в 1/3 от полной МДС. В следующей 2/3 периода нескомпенсированность повторяется за счет токов в фазах В и С.

При соединении первичной обмотки в треугольник

Рис.1.7. Выпрямление трехфазного тока с нулевым выводом, когда первичная

обмотка соединена в треугольник

Ток в каждой из фаз этой обмотки может протекать независимо от токов в других фазах (рис. 1.7, а), первичный ток может быть определен, исходя из принципа, который был установлен для однополупериодного выпрямления (рис. 1.2), т.е. путем исключения постоянной составляющей из полного тока, проходящего через вентиль (предполагается, что трехфазный нулевой выпрямитель состоит из трех однополупериодных однофазных преобразователей).

Это приводит к диаграмме первичного тока (рис. 1.7, д,е,ж), построенной по диаграмме вентильного тока путем перенесения оси кривой тока на величину постоянной составляющей

Нескомпенсированные МДС создают в каждую треть периода однонаправленный во всех трех сердечниках магнитный поток (рис. 1.7,д,е). Этот поток замыкается от ярма к ярму через воздух и кожух трансформатора. Однонаправленный поток появляется при любом соединении первичной обмотки. Разница заключается в том, что при соединении обмотки в треугольник этот поток неизменен во времени, так как не скомпенсированными оказываются только постоянные составляющие токов во вторичных обмотках, а при соединении первичной обмотки в звезду однонаправленный поток пульсирует так же, как и анодные токи, поскольку пульсации тока также нескомпенсированы полностью на сердечниках. Пульсации потока имеют трехкратную частоту. Наличие однонаправленного потока в сердечниках приводит к необходимости увеличения сечений этих сердечников.

Действующее значение первичного фазового тока определяется, исходя из прямоугольной кривой этого тока. Для обеих схем получаем

(1.41)

При треугольнике нужно знать значение линейного тока. Кривая этого тока построена на рис. 1.7,з по разности токов в фазах А и В (рис. 1.7,е,ж).

При пренебрежении пульсациями действующее значение линейного тока равно

(1.42)

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора

(1.43)

studfiles.net

• 
  Амперметр переменного тока в цепи постоянного тока
• 
  Как работает умножитель напряжения
• 
  Пгв 1000мкп расшифровка
• 
  Лампы аварийного освещения
• 
  Схемы импульсные зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов
• 
  Не вовремя включили горячую воду
• 
  Светодиодная лампа схема
• 
  Монтаж подстанции
• 
  По электрик
• 
  Цифровые схемы
• 
  Три фазы