Выпрямление трёхфазного тока.

Схемы выпрямления трёхфазного тока применяются в основном для питания потребителей средней и большей мощности. Они равномерно нагружают сеть трёхфазного тока и отличаются высоким коэффициентом использования трансформатора, низким уровнем пульсаций. Ниже рассматриваются наиболее часто применяемые схемы.

3.1. Трёхфазная схема с нулевым выводом.

Строится на трёхфазном трансформаторе (рис.5а), вторичные обмотки которого соединяются звездой. Нагрузка включается между объединёнными катодами вентилей и нулевой точкой трансформатора. Из временных диаграмм (рис.5б) видно, что вентили проводят ток поочерёдно, каждый в течение одной трети периода. Два других вентиля в это время закрыты, так как потенциалы их анодов ниже потенциала катодов. Выходное напряжение схемы является огибающей положительных значений напряжения U₂ всех трёх фаз. Среднее значение выходного напряжения равно:

U_d= 1,17 U₂ . (3.1)

Среднее значение тока через каждый вентиль:

I_a= . (3.2)

Максимальное значение тока вентиля:

I_а.м.=1,21 I_d= 3,63 I_a . (3.3)

Максимальное значение обратного напряжения

U_о.м.= ^. U₂ = 2,09 U_d . (3.4)

Частота первой (основной) гармоники:

f_о.г.=3f_c (3.5)

Коэффициент пульсаций:

К_п= = 0,25 . (3.6)

Параметры трансформатора:

Действующее значение тока вторичной обмотки:

I₂= =0,576 I_d . (3.7)

Действующее значение тока первичной обмотки:

I₁= I_d . (3.8)

Действующее значение напряжения вторичной обмотки:

U₂=0,855 U_d . (3.9)

Габаритная мощность трансформатора:

Р_т=1,35 Р_d . (3.10)

Трёхфазная схема с нулевым выводом нашла применение на средних мощностях (P_d>1 кВт) при невысоких требованиях к пульсациям выпрямленного напряжения.

3.2. Трёхфазная мостовая схема.

Предложена А.Н.Ларионовым в 1923 г. Схему (рис.6а) можно рассматривать как два трёхфазных выпрямителя, соединённых последовательно. Первый содержит вентили V₁, V₃, V₅ и создаёт выходное напряжение, являющееся огибающей положительных значений напряжения U₂ всех трёх фаз (рис.6б), второй выпрямитель содержит вентили V₂, V₄ и V₆ ,реализуется на тех же вторичных обмотках трансформатора Т и создаёт выходное напряжение, которое является огибающей отрицательных значений напряжения U₂ всех фаз. На потребителе R_н выходные напряжения трёхфазных выпрямителей складываются. Поэтому среднее значение выпрямленного напряжения оказывается в два раза больше, чем в трёхфазной схеме с нулевым выводом.

U_d= t^.d( t) = 2,34 U₂ . (3.11)

Из временных диаграмм (рис.6б) видно, что в мостовой схеме ток одновременно пропускают два вентиля (например, V₁ и V₂). Продолжительность работы каждого из вентилей составляет 1/3 периода. Поэтому выпрямленное напряжение имеет шестифазные пульсации, т.е. частота основной (первой) гармоники равна:

f_о.г.=6f_c. (3.12)

Среднее значение тока через вентиль:

I_a= . (3.13)

Максимальное значение тока через вентиль:

I_а.м.=1,045 I_d= I_a . (3.14)

Максимальное значение обратного напряжения

U_о.м.= ^. U₂ = 1,045 U_d . (3.15)

Коэффициент пульсаций:

К_п= = 0,057 . (3.16)

Параметры трансформатора:

Эффективное значение напряжения вторичной обмотки:

U₂=0,43 U_d . (3.17)

Эффективное значение тока вторичной обмотки:

I₂= I_d = 0,82 I_d . (3.18)

Эффективное значение тока первичной обмотки:

I₁= I₂= I_d . (3.19)

Габаритная (расчётная) мощность трансформатора:

Р_т=1,045 Р_d . (3.20)

Схема Ларионова обеспечивает наилучшие показатели использования трансформатора и вентилей и даёт минимальную величину коэффициента пульсаций. С применением полупроводниковых диодов единственный недостаток схемы – большое число вентилей – отпадает. Обладая лишь одними достоинствами, она получила исключительно широкое распространение.

Основные параметры рассмотренных схем выпрямления систематизированы и сведены в таблицу №1. В таблице приняты следующие обозначения: U_d, I_d – средние значения выпрямленного напряжения и тока нагрузки; P_d – мощность постоянного тока в нагрузке; m – число фаз вторичной обмотки трансформатора. Таблицей удобно пользоваться для выбора схемы выпрямления по исходным данным и для её расчёта.