Как устроен и работает трехфазный мостовой выпрямитель
Трехфазный мостовой выпрямитель — это устройство, которое преобразует трехфазное переменное напряжение в постоянное напряжение. Он состоит из шести диодов или тиристоров, соединенных в форме моста. Он имеет большую эффективность и меньшие пульсации выходного напряжения, чем однофазный мостовой выпрямитель. Такой выпрямитель используется для питания мощных нагрузок, таких как электродвигатели, сварочные аппараты, зарядные устройства и т.д.
Если для маломощных схем постоянного тока применяют однотактные или мостовые однофазные выпрямители, то для питания более мощных нагрузок необходимы порой выпрямители трехфазные.
Трехфазные выпрямители позволяют получать большие величины постоянных токов с малыми уровнями пульсаций выходного напряжения, что сказывается на снижении требований к характеристикам сглаживающего выходного фильтра.
Итак, для начала рассмотрим однотактный трехфазный выпрямитель, изображенный на рисунке ниже:
В приведенной на рисунке однотактной схеме к выводам вторичных обмоток трехфазного трансформатора подключены всего три выпрямительных диода. Нагрузка присоединена к цепи между общей точкой, в которой сходятся катоды диодов, и общим выводом трех вторичных обмоток трансформатора.
Давайте теперь рассмотрим временные диаграммы токов и напряжений, имеющих место во вторичных обмотках трансформатора и на одном из диодов трехфазного однотактного выпрямителя:
Некоторым устройствам постоянного тока требуется большее напряжение питания, чем может дать однотактная схема, приведенная выше. Поэтому в некоторых случаях больше подходит схема трехфазного двухтактного выпрямителя. Принципиальная его схема приведена на рисунке ниже.
Как мы уже отмечали, требования к фильтру снижаются, вы сможете увидеть это по диаграммам. Данная схема известна как трехфазный мостовой выпрямитель Ларионова:
Взгляните теперь на диаграммы и сравните их с однотактной схемой. Выходное напряжение в мостовой схеме легко представляется в виде суммы напряжений как бы двух однотактных выпрямителей, работающих в противоположных фазах. Напряжение Ud = Ud1+Ud2. Количество фаз на выходе очевидно больше и частота пульсаций сети больше.
В данном конкретном случае — шесть фаз постоянного напряжения вместо трех, которые были в однотактной схеме. Вот почему требования к сглаживающему фильтру снижаются, и в некоторых случаях без него можно полностью обойтись.
Три фазы обмоток вкупе с двумя полупериодами выпрямления дают основную частоту пульсаций равную шестикратной частоте сети (6*50 = 300). Это видно по диаграммам напряжений и токов.
Мостовое включение можно рассмотреть как объединение двух однотактных трехфазных схем с нулевой точкой, причем диоды 1, 3 и 5 — это катодная группа диодов, а диоды 2, 4 и 6 — анодная группа.
Два трансформатора будто бы объединены в один. В каждый момент прохождения тока через диоды — в процессе участвуют одновременно два диода — по одному из каждой группы.
Открывается катодный диод, к которому приложен более высокий потенциал относительно анодов противоположной группы диодов, и в анодной группе открывается именно тот из диодов, потенциал к которому приложен более низкий по отношению к катодам диодов катодной группы.
Переход рабочих промежутков времени между диодами происходит в моменты естественной коммутации, диоды работают по порядку. В итоге потенциал общих катодов и общих анодов может быть измерен по верхней и нижней огибающим графиков фазных напряжений (см. диаграммы).
Мгновенные значения выпрямленных напряжений равны разности потенциалов катодной и анодной групп диодов, то есть сумме ординат на диаграмме между огибающими. Выпрямленный ток вторичных обмоток показан на диаграмме для активной нагрузки.
Таким же образом можно получить от трехфазного трансформатора более шести фаз постоянного напряжения: девять, двенадцать, восемнадцать и даже больше. Чем больше фаз (чем больше пар диодов) в выпрямителе, тем меньше уровень выходных пульсаций напряжения. Вот, взгляните на схему с 12 диодами:
Здесь трехфазный трансформатор содержит две трехфазные вторичные обмотки, причем одна из групп объединена в схему «треугольник», вторая — в «звезду». Количества витков в обмотках групп отличаются в 1,73 раза, что позволяет получить со «звезды» и с «треугольника» одинаковые величины напряжения.
В данном случае сдвиг фаз напряжений в этих двух группах вторичных обмоток относительно друг друга получается равен 30°. Поскольку выпрямители включены последовательно, то выходное напряжение суммируется, и на нагрузке частота пульсаций оказывается теперь в 12 раз большей по отношению к сетевой частоте, при этом уровень пульсаций получается меньшим.
Для улучшения характеристик трехфазного мостового выпрямителя можно использовать различные методы управления и регулирования. Например, можно применять управляемые выпрямители на основе тиристоров, транзисторов или IGBT, которые позволяют изменять фазовый угол включения или выключения ключевых элементов и тем самым регулировать выходное напряжение и ток. Также можно использовать фильтры, реакторы или конденсаторы для снижения гармоник, пульсаций и помех в цепи выпрямителя.
Трехфазный мостовой выпрямитель находит широкое применение в различных областях электротехники и электроники, таких как преобразователи частоты, импульсные блоки питания, зарядные устройства, электроприводы, электролизеры и другие. Он обладает высокой эффективностью, надежностью и простотой конструкции, что делает его одним из наиболее распространенных типов выпрямителей.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Диодные мосты. Принцип действия и применение
После того как сторонники переменного тока из компании Джорджа Вестингауза (George Westinghouse) одержали победу в войне токов, разразившейся в конце 1880-х — начале 1890-х гг., появление выпрямительных устройств было лишь вопросом времени. Выделим основные моменты их развития. Первые выпрямители большой мощности опирались на эффект дугового разряда в парах ртути. Патент на этот выпрямитель получил американец Питер Купер-Хьюитт (Peter Cooper Hewitt) в 1901 г.
Выпрямители на основе электрической дуги исследовал В. Ф. Миткевич, он же в 1901 г. предложил схему двухполупериодного выпрямления. Схемы одно- и двухполупериодных выпрямителей были разработаны в 1911 г. Н. Д. Папалекси. В 1924 г. несколько схем выпрямления было предложено А. Н. Ларионовым, и они используются до сих пор, кроме того, на их основе были созданы другие выпрямительные схемы. Качественный скачок в развитии выпрямительных устройств произошел в 1950-х гг., когда появились первые мощные силовые диоды.
Диодный мост: принцип работы
Принцип действия выпрямительных схем довольно прост и не нуждается в подробном описании. Тем не менее при выборе схемы выпрямления и компонентов выпрямителя есть моменты, на которые не всегда обращают внимание. На рис. 1 показана простейшая схема однополупериодного выпрямителя, работающего на активную (рис. 1б) и активно-индуктивную (рис. 1в) нагрузку. На этой и последующих схемах приняты следующие обозначения:
- i1, u1 — ток и напряжение первичной обмотки;
- i2, e2 — ток и напряжение вторичной обмотки;
- ia — анодный ток диода;
- ua — напряжение на диоде;
- id, ud — ток и напряжение нагрузки.
Рис. 1. а) Однополупериодный выпрямитель; временная диаграмма работы: б) на активную нагрузку; в) на активно-индуктивную нагрузку
При активной нагрузке, когда ток и напряжение совпадают по фазе, среднее выпрямленное напряжение на нагрузке определяется интегрированием полуволны синусоиды напряжения:
,
где: — амплитудное значение выпрямленного вторичного напряжения.
Здесь и далее для упрощения анализа мы не будем учитывать падение напряжения на выпрямительных диодах.
При работе на активно-индуктивную нагрузку (рис. 1в) ток отстает по фазе от напряжения и выпрямительный диод не закрывается до тех пор, пока ток индуктивности не спадает до нуля. Поэтому выпрямительный диод остается открытым и при отрицательном напряжении на вторичной обмотке, следовательно, выпрямленное напряжение уменьшается. Чтобы избежать этого эффекта, необходимо параллельно индуктивной нагрузке включить обратный диод, который образует замкнутый контур для тока индуктивности.
При однополупериодном выпрямлении, когда ток нагрузки протекает через трансформатор только в течение половины периода, появляется постоянная составляющая в токе нагрузки и как следствие — подмагничивание сердечника трансформатора. При этом чем меньше габаритная мощность трансформатора, тем больше сказывается такое влияние тока нагрузки. Однополупериодный выпрямитель применяется чаще всего при мощности нагрузки, не превышающей несколько Ватт. Частота пульсации выпрямленного напряжения в таком выпрямителе равна частоте питающей сети.
Рис. 2. а) Мостовой диодный выпрямительный мост; временная диаграмма работы: а) на активную нагрузку; в) на активно-индуктивную нагрузку
Мостовой диодный выпрямительный мост и временная диаграмма его работы показана на рис. 2. Нетрудно увидеть, что выпрямленное напряжение нагрузки диодного моста вдвое больше, чем у однополупериодного выпрямителя и составляет 0,9U2. Также в случае использования диодного моста отсутствует подмагничивание сердечника трансформатора. Частота пульсации (основная гармоника) выпрямленного напряжения в мостовом выпрямителе вдвое больше частоты сети.
Применение диодных выпрямителей
В цепях средней и большой мощности свыше сотен Ватт используется трехфазная сеть и либо трехфазный выпрямитель с нулевым проводом (схема Ларионова), либо трехфазный диодный мост. У каждого из них свои преимущества и недостатки, которые мы отразили в таблице.
Таблица. Сравнение трехфазных диодных выпрямителя и моста
Трехфазный диодный выпрямитель с нулевым проводом (схема Ларионова)
Трехфазный диодный мост
Диодный мост
Дио́дный мост — электрическое устройство, электрическая схема для преобразования («выпрямления») переменного тока в пульсирующий (постоянный). Выпрямление с помощью диодного моста называется двухполупериодным [2] .
Существуют однофазные и многофазные мосты. Однофазный мост выполняется по мостовой схеме Гретца. Изначально в ней использовались электровакуумные диоды и эта схема считалась сложным и дорогим решением, вместо неё обычно применялась схема Миткевича, в которой вторичная обмотка трансформатора имеет средний вывод [3] . Сейчас, когда полупроводниковые диоды стали дешевле, и доступны практически всем, в большинстве случаев применяется мостовая схема, за исключением применяемой в некоторых низковольтных выпрямителях схемы Миткевича, имеющей при прочих равных больший КПД [4] .
Вместо диодов в схеме могут применяться выпрямительные вентили любых типов — например селеновые выпрямители, ртутные вентили и другие, принцип действия схемы от этого не изменяется.
Также в плечах моста применяют управляемые вентили, например, тиристоры или игнитроны, при этом возможно управление выходным напряжением выпрямителя с помощью фазоимпульсного управления управляемыми вентилями.
Диодный мост ларионова принцип работы
Диодный мост Ларионова можно найти на сайте нашей компании «Электрум АВ», это модули типа М6, М106 на основе выпрямительных диодов или типа М23, М24 с использованием тиристоров . Здесь представлены высококачественные и надежные изделия, которые прослужат долго и бесперебойно. Мы подберем для вас уникальные наименования, ответим на вопросы, проконсультируем по поводу цен, способа доставки и оплаты товара.
Преимущества диодного моста
Схема диодного моста Ларионова нужна для преобразования подаваемого переменного напряжения в постоянное. В составе имеется шесть выпрямительных диодов. Мост может собираться отдельными диодами или представлять собой монолитную гибридную сборку.
Принцип функционирования агрегата основывается на том, что пропускание электрического напряжения осуществляется только в одном направлении. Для каждой волны обязательно создается свой путь протекания тока.
Основные преимущества применения моста:
• Простота и удобство эксплуатации.
• Доступная ценовая политика.
• Безопасное получение постоянного тока.
• Эффективное и бесперебойное функционирование детали.
Если вы хотите узнать подробнее о технических особенностях этих наименований, свяжитесь с нашими специалистами. Мы предоставим вам бесплатные консультации, рассчитаем окончательную стоимость заказа, расскажем про способы оплаты и получения товара, а также ответим на ваши вопросы.
Заказать качественные сертифицированные изделия удобно в онлайн-режиме, позвонив на телефонный номер, указанный на сайте. Подробности сотрудничество обсудите с менеджером.