Выпрямитель трехфазный: Выпрямитель — Википедия – сравнение с однофазным и схемы выпрямления тока

Содержание

Схемы трёхфазных (многофазных) выпрямителей | Volt-info

Описание

 Трёхфазную (многофазную) систему напряжений можно представить как три однофазных источника переменного напряжения, электрически соединённые между собой одним из выводов. Точка соединения является общим, нулевым выводом. На диаграммах будем изображать напряжения выводов разных фаз относительно общего. Диаграмма изменения напряжения одной фазы во времени представлена на рисунке 1 а). В симметричных многофазных системах однотипные изменения напряжений чередующихся фаз сдвинуты во времени на одинаковый интервал. Этот интервал определяет угол сдвига фаз. В трёхфазной системе он равен 120 градусам. Диаграмма трёхфазной системы напряжений представлена на рисунке 1 б).

Рисунок 1. Диаграммы напряжений одной фазы (а) и трёхфазной системы (б).

 

 По аналогии с однофазными, схемы многофазных выпрямителей делятся на два типа: однополупериодные (рис. 2 и 3) и двухполупериодные (рис. 5 и 6). В однополупериодных схемах при выпрямлении полезное действие на нагрузку оказывает только один полупериод напряжения каждой фазы, и, поскольку фазы распределены по времени и перекрывают друг друга, КПД такого выпрямителя будет незначительно ниже двухполупериодного, но будут заметны пульсации, обусловленные формой кривой напряжения. При использовании двухполупериодной схемы, пульсации выпрямленного напряжения будут заметно меньше.

 

Однополупериодный многофазный выпрямитель

 Принцип работы многофазного однополупериодного выпрямителя (см. схему на рис. 2 и 3) абсолютно идентичен однофазному (см. статью Элементарный выпрямитель на одном диоде). Особенность заключается в том, что рабочие (выпрямленные) полупериоды напряжений накладываются друг на друга с фазным сдвигом по времени (перекрываются) (см. диаграммы на рис. 4 и 7). При этом полученное постоянное напряжение имеет тем меньшие пульсации, чем больше фаз участвует в процессе работы. Наиболее часто применяются трёхфазные источники многофазной системы напряжения, поэтому обычно число фаз не превышает трёх. В схеме однополупериодного трёхфазного выпрямителя, рисунок 2, за время периода полезную работу производят только три рабочих полупериода напряжения. При этом пульсации выпрямленного напряжения будут иметь вид, показанный на рисунке 4 толстой чёрной кривой.

Рисунок 2. Схема трёхфазного однополупериодного выпрямителя.

 

 При увеличении числа фаз, схема усложняется незначительно – просто добавляется диод для каждой дополнительной фазы (рисунок 3). Увеличение числа фаз не имеет значимого практического смысла и в нашем случае может позволить лишь несколько снизить пульсации напряжения на выходе выпрямителя. Например, если увеличить число фаз в два раза (до 6), то пульсации напряжения на выходе будут несколько снижены, а диаграмма напряжений будет напоминать рисунок 7. Но это не имеет практического значения, поскольку того же эффекта можно добиться просто применив схему двухполупериодного выпрямителя, показанного на рисунке 5.

 Рисунок 3. Схема многофазного однополупериодного выпрямителя.

 Рисунок 4. Пульсации выпрямленного напряжения однополупериодным трёхфазным выпрямителем.

 

Трёхфазный двухполупериодный выпрямитель

фактически является модификацией своего однофазного предшественника. При увеличении количества фаз, с каждой последующей фазой в схему будет добавляться два полуплеча диодного моста в виде двух диодов (рисунок 6).

 Рисунок 5. Схема трёхфазного двухполупериодного выпрямителя.

 Рисунок 6. Схема многофазного двухполупериодного выпрямителя.

 

 При работе двухполупериодного трёхфазного выпрямителя в работе участвуют 6 рабочих полупериодов напряжения. На выходе такого выпрямителя напряжение имеет несколько меньшие пульсации (рис. 7), чем однополупериодного.

 Рисунок 7. Пульсации выпрямленного напряжения двухполупериодным трёхфазным выпрямителем.

Трёхфазный выпрямитель — Википедия

Трёхфазный выпрямитель — устройство применяемое для получения постоянного тока из трёхфазного переменного тока системы Доливо-Добровольского.

Схема трёхфазного выпрямителя Ларионова на трёх диодных полумостах (на 6 диодах)

История и классификация

Наиболее распространены трёхфазный выпрямитель по схеме Миткевича В. Ф. (на трёх диодах), предложенный им в 1901 г.[1], и трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А. Н. (на шести диодах), предложенный им в 1924 г.[2].[источник не указан 864 дня] В 1923 году в США также подаётся патент US1610837 A на трёхфазные выпрямители.

Менее известны трёхфазные выпрямители по схемам «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах) и др., которые по многим параметрам превосходят и схему Миткевича и схему Ларионова. При этом требуются диоды со средним током через один диод почти вдвое меньшим, чем в схеме Ларионова.

Следует отметить, что выпрямитель Миткевича является четвертьмостовым параллельным, выпрямитель Ларионова является не полномостовым, как его часто считают, а полумостовым параллельным («три параллельных полумоста»). В зависимости от схемы включения трёхфазного трансформатора или трёхфазного генератора (звезда, треугольник) схема Ларионова имеет две разновидности: «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», которые имеют разные напряжения, токи, внутренние сопротивления.

По схемам можно заметить, что схема Миткевича является недостроенной схемой Ларионова, а схема Ларионова является недостроенной схемой «три параллельных моста».

Из-за принципа обратимости электрических машин по этим же схемам строятся и преобразователи (инверторы).

Трёхфазный выпрямитель «три четвертьмоста параллельно» (Миткевича В. Ф.)

Схема трёхфазного ртутного выпрямителя по схеме В. Ф. Миткевича приведена в[3].

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

«Частично трёхполупериодный с нулевым выводом». Площадь под интегральной кривой равна:

S=6∫π/6π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=632Em=33Em{\displaystyle S=6\int \limits _{\pi /6}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=6{\frac {\sqrt {3}}{2}}E_{\text{m}}=3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}},

где Em=2E2eff{\displaystyle E_{\text{m}}={\sqrt {2}}E_{\text{2eff}}} — максимальное (наибольшее) мгновенное значение ЭДС, E2eff{\displaystyle E_{\text{2eff}}} — эффективное (действующее) значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора или генератора.

Средняя ЭДС равна: Esr=33Em2π=0,83Em=1,17E2eff.{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{2\pi }}=0{,}83E_{\text{m}}=1{,}17E_{\text{2eff}}.}

На холостом ходу и близких к нему режимах ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в ветви с меньшей на данном отрезке периода ЭДС. Относительное эквивалентное активное сопротивление при этом равно сопротивлению одной ветви 3r. При увеличении нагрузки (уменьшении Rn) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на одну нагрузку параллельно. Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках равно 3r/2. В режиме короткого замыкания эти отрезки максимальны, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Отрицательные полупериоды в выпрямителе Миткевича не используются. Из-за этого выпрямитель Миткевича имеет очень низкий коэффициент использования габаритной мощности трансформатора и применяется при малых мощностях.

Частота пульсаций равна 3f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна 0,5Em{\displaystyle 0{,}5E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,5/0,83 = 0,6 (60 %).

Три разделённых полумоста параллельно (три «с удвоением напряжения» параллельно)

Трёхфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединённые кольцом (треугольником)» («треугольник-Ларионова»)

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

В некоторой электротехнической литературе иногда не различают схемы «треугольник-Ларионов» и «звезда-Ларионов», которые имеют разные значения среднего выпрямленного напряжения, максимального тока, эквивалентного активного внутреннего сопротивления и др.

В выпрямителе «треугольник-Ларионов» потери в меди больше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов», поэтому на практике чаще применяется схема «звезда-Ларионов».

Кроме этого, выпрямители Ларионова А. Н. часто называют мостовыми, на самом деле они являются полумостовыми параллельными.

В некоторой литературе выпрямители Ларионова и подобные называют «полноволновыми» (англ. full wave), на самом деле полноволновыми являются выпрямитель «три последовательных моста» и подобные.

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=1212Em=6Em{\displaystyle S=12\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=12{\frac {1}{2}}E_{\text{m}}=6E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=6Em2π=3Emπ=0,955Em=1,35E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6E_{\text{m}}}{2\pi }}={\frac {3E_{\text{m}}}{\pi }}=0{,}955E_{\text{m}}=1{,}35E_{\text{2eff}}}, то есть больше, чем в выпрямителе Миткевича.

В работе схемы «треугольник-Ларионов» есть два периода. Большой период равен 360° (2π{\displaystyle 2\pi }). Малый период равен 60° (π/3{\displaystyle \pi /3}), и повторяется внутри большого 6 раз. Малый период состоит из двух малых полупериодов по 30° (π/6{\displaystyle \pi /6}), которые зеркальносимметричны и поэтому достаточно разобрать работу схемы на одном малом полупериоде в 30°.

На холостом ходу и в режимах близких к нему ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода обратносмещает (закрывает) диоды с меньшими на данном отрезке периода ЭДС.

В начальный момент (ωt=0{\displaystyle \omega t=0}) ЭДС в одной из ветвей равна нулю, а ЭДС в двух других ветвях равны 0,87Em{\displaystyle 0{,}87E_{\text{m}}}, при этом открыты два верхних диода и один нижний диод. Эквивалентная схема представляет собой две параллельные ветви с одинаковыми ЭДС (0,87) и одинаковыми сопротивлениями по 3r каждое, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно 3r/2. Далее, на малом полупериоде, одна из двух ЭДС, равных 0,87, растёт до 1,0, другая уменьшается до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5. Один из двух открытых верхних диодов закрывается, и эквивалентная схема становится параллельным включением двух ветвей, в одной из которых бо́льшая ЭДС и её сопротивление равно 3r, в другой ветви образуется последовательное включение двух меньших ЭДС, и её сопротивление равно 2 × 3r = 6r, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно

3r⋅6r/(3r+6r)=18r2/(9r)=2r.{\displaystyle 3r\cdot 6r/(3r+6r)=18r^{2}/(9r)=2r.}

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (1−32)Em=(1−0,87)Em=0,13Em{\displaystyle \left(1-{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}\right)E_{\text{m}}=(1-0{,}87)E_{\text{m}}=0{,}13E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,13/0,95 = 0,14 (14 %).

Трёхфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединённые звездой» («звезда-Ларионова»)

Три полумоста параллельно, объединённые звездой («звезда-Ларионов»).

Выпрямитель звезда-Ларионов (шестипульсный) применяется в генераторах электроснабжения бортовой сети почти на всех средствах транспорта (автотракторных, водных, подводных, воздушных и др.). В электроприводе дизельэлектровозов и дизельэлектроходов почти вся мощность проходит через выпрямитель звезда-Ларионов.

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12(∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)+∫π/6π/3Emsin⁡(ωt)d(ωt))={\displaystyle S=12(\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)+\int \limits _{\pi /6}^{\pi /3}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t))=}
=1232Em=63Em{\displaystyle =12{\frac {\sqrt {3}}{2}}E_{m}=6{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=63Em2π=33Emπ=1,65Em=2,34E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{2\pi }}={\frac {3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{\pi }}=1{,}65E_{\text{m}}=2{,}34E_{\text{2eff}}}, то есть в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз больше, чем в схемах «треугольник-Ларионов» и «три параллельных полных моста» и вдвое больше, чем в схеме Миткевича.

В этом выпрямителе есть большой период равный 360° и малый период, равный 60°. В большом периоде помещаются 6 малых периодов. Малый период в 60° состоит из двух зеркальносимметричных частей по 30°, поэтому для описания работы этой схемы достаточно разобрать её работу на одной части в 30° малого периода. В начале малого периода (ωt=0{\displaystyle \omega t=0}) ЭДС в одной из ветвей — фазы U1 равна нулю, а в двух других фазах U2 и U3 — по 0,87 × Emax. Эти две фазы U2 и U3 в данный, начальный момент времени ωt=0{\displaystyle \omega t=0} включены последовательно. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно 6r{\displaystyle 6r}. Далее, одна из ЭДС фаза U2 увеличивается от 0,87 — до 1,0, другая U3 уменьшается от 0,87 до 0,5, а третья фаза U1 растёт от 0,0 до 0,5. — где и пересекается на графике в точке 0.5Emax с фазой U3 — смотрите рисунок наглядного изменения фаз по ссылке https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Spannungsverlauf_Dreiphasen-Wechselstrom.gif Эквивалентная схема при этом изменяется и представляет собой две последовательно включенные ветви, в одной из которых одна ЭДС и её сопротивление равно сопротивлению одной обмотки 3r, в другой две параллельно включенные ЭДС с сопротивлением 3r каждая, эквивалентное сопротивление двух параллельных ветвей равно 3r/2. Эквивалентное активное внутреннее сопротивление всей цепи равно 3r/2 + 3r = 9r/2 = 4,5r. В режимах близких к холостому ходу (при малых нагрузках) в параллельных ветвях ЭДС в ветви с большей ЭДС обратносмещает (закрывает) диод в ветви с меньшей ЭДС, при этом изменяется эквивалентная схема. При увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на нагрузку параллельно. В режиме короткого замыкания отрезки параллельной работы увеличиваются до длины всего периода, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (3−1,5)Em=(1,73−1,5)Em=0,23Em{\displaystyle ({\sqrt {3}}-1{,}5)E_{\text{m}}=(1{,}73-1{,}5)E_{\text{m}}=0{,}23E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,23/1,65 = 0,14 (14 %).

Трёхфазный выпрямитель «три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно» (6 диодов)

В литературе иногда называют «шестифазный» (см. немецкую страницу в Википедии de:Gleichrichter#Gleichrichter für Dreiphasenwechselstrom Sechspuls-Sternschaltung (M6): 6-Phasen-Gleichrichter mit Mittelpunktanzapfungen am Drehstromtransformator).

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста параллельно» и имеет почти такие же свойства, как и выпрямитель «три полных моста параллельно», но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больший.

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=1212Em=6Em{\displaystyle S=12\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=12{\frac {1}{2}}E_{\text{m}}=6E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=6Em2π=3Emπ=0,95Em=1,35E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6E_{m}}{2\pi }}={\frac {3E_{m}}{\pi }}=0{,}95E_{\text{m}}=1{,}35E_{\text{2eff}}}, то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

Трёхфазный выпрямитель «три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно» (6 диодов)

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста последовательно» и имеет почти такие же свойства, но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больше.

Трёхфазный выпрямитель «три полных моста параллельно» (12 диодов)

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

Менее известны полномостовые трёхфазные выпрямители по схеме «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах), и др., которые по многим параметрам превосходят выпрямитель Ларионова А. Н.. По схемам выпрямителей можно видеть, что выпрямитель Миткевича В. Ф. является «недостроенным» выпрямителем Ларионова А. Н., а выпрямитель Ларионова А. Н. является «недостроенным» выпрямителем «три параллельных моста».

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=1212Em=6Em{\displaystyle S=12\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=12{\frac {1}{2}}E_{\text{m}}=6E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=6Em2π=3Emπ=0,955Em=1,35E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6E_{m}}{2\pi }}={\frac {3E_{m}}{\pi }}=0{,}955E_{\text{m}}=1{,}35E_{\text{2eff}}}, то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

В режиме холостого хода ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке большого периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в мостах с меньшими на данном отрезке большого периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно активному сопротивлению одного моста (одной обмотки) 3r. При увеличении нагрузки (уменьшении Rn) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых два моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода при этом равно сопротивлению двух параллельных мостов 3r/2 = 1,5r. При дальнейшем увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых все три моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно сопротивлению трёх параллельных мостов r. В режиме короткого замыкания все три параллельных моста работают на нагрузку, но полезная мощность в этом режиме равна нулю. Из этого следует, что с учётом разницы величин ЭДС (3{\displaystyle {\sqrt {3}}}), эквивалентное внутреннее активное сопротивление (и потери в меди) выпрямителя «три параллельных моста» получается меньше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов». Из-за меньшего эквивалентного внутреннего активного сопротивления в выпрямителе «три параллельных полных моста» нагрузочные характеристики этих двух выпрямителей получаются разными.

Выпрямитель «три параллельных моста» имеет большую надёжность, чем выпрямитель «звезда-Ларионов». При обрыве (выгорании) 5/6 диодов выпрямитель «звезда-Ларионов» становится полностью неработоспособным, а выпрямитель «три параллельных моста», в случае оставшихся диодов в противоположных плечах одного моста, ещё даёт около 1/6 от полной мощности, чего может хватить, чтобы «дотянуть» до ремонта. В выпрямителе «три параллельных полных моста» средний ток через один диод почти вдвое меньше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов», а такие диоды дешевле и доступнее.

Недостатки
  1. При очень малых токах нагрузки эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти равно активному сопротивлению одной обмотки, то есть больше, чем в выпрямителе «треугольник-Ларионов».

Устранение недостатка. При очень малых токах нагрузки схему «три параллельных моста» можно переключать на схему «треугольник-Ларионов» переключателем с тремя замыкающими контактными группами.

  1. Из-за четырёхпроводной трёхфазной сети выпрямитель «три параллельных моста» может работать только вблизи трансформатора, выпрямитель Ларионова — на удалении от трансформатора.

Устранение недостатка. Проводка шестипроводной линии электропередачи.

По свойствам этот выпрямитель ближе к источникам тока и может почти во всех устройствах заменить выпрямители «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», (электропривод тепловозов, теплоходов, атомоходов, прокатных станов, буровых вышек, блоки питания мощных электролизёров, мощных радиопередатчиков, мощных радиолокаторов, мощных лазеров, электротранспорта постоянного тока, генераторы бортовой сети автотракторной и др. техники и в других устройствах), при этом уменьшается нагрев обмоток и сберегается около 4 % электроэнергии (топлива)).

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (1−32)Em=(1−0,87)Em=0,13Em{\displaystyle \left(1-{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}\right)E_{\text{m}}=(1-0{,}87)E_{\text{m}}=0{,}13E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,13/0,95 = 0,14 (14 %).

Трёхфазный выпрямитель «три полных моста последовательно» (12 диодов)

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12[∫0π/6Emsin⁡(ωt)d(ωt)+∫π/6π/3Emsin⁡(ωt)d(ωt)+∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)]={\displaystyle S=12\left[\int \limits _{0}^{\pi /6}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)+\int \limits _{\pi /6}^{\pi /3}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)+\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)\right]=}
=12(1−32+32−12+12)Em=12Em.{\displaystyle =12\left(1-{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}+{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}-{\tfrac {1}{2}}+{\tfrac {1}{2}}\right)E_{\text{m}}=12E_{\text{m}}.}

Средняя ЭДС равна: Esr=12Em2π=6Emπ=1,91Em=2,7E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {12E_{\text{m}}}{2\pi }}={\frac {6E_{\text{m}}}{\pi }}=1{,}91E_{\text{m}}=2{,}7E_{\text{2eff}}}, то есть вдвое больше, чем в схеме «треугольник-Ларионов».

Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно сопротивлению трёх последовательно включенных мостов с сопротивлением 3r каждый, то есть 9r.

Ток в нагрузке равен ????

Мощность в нагрузке равна ????

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (2−3)Em=(2−1,73)Em=0,27Em{\displaystyle (2-{\sqrt {3}})E_{\text{m}}=(2-1{,}73)E_{\text{m}}=0{,}27E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,27/1,91 = 0,14 (14 %).

Этот выпрямитель имеет наибольшее эквивалентное внутреннее активное сопротивление и наибольшую среднюю ЭДС, по свойствам ближе к источнику напряжения и может найти применение в высоковольтных источниках напряжения (в установках электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр) и др.).

Двенадцатипульсовый статический трёхфазный выпрямитель

Представляет собой параллельное (или иногда последовательное) включение двух выпрямителей Ларионова со сдвигом фаз входных трёхфазных токов. При этом вдвое увеличивается число выпрямленных полупериодов по сравнению с обычным выпрямителем Ларионова из-за чего уменьшается относительная амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения и вдвое увеличивается частота пульсаций выпрямленного напряжения, что также облегчает сглаживание выпрямленного напряжения.[4]

Средняя выводная ЭДС выпрямителя параллельных мостов Ларионова со сдвигом фаз питающих напряжений

Eav≈0.989Em{\displaystyle E_{\text{av}}\approx 0.989E_{\text{m}}}

где Em{\displaystyle E_{\text{m}}} — амплитуда напряжения, между точками присоединения фаз к входам одного из выпрямителей.

Последовательное соединение выпрямителей Ларионова со сдвигом фаз 30 градусов (один выпрямитель запитан от «звезды», другой — от «треугольника») обеспечивает среднюю постоянную ЭДС

Eav=1.91Em{\displaystyle E_{\text{av}}=1.91E_{\text{m}}}

где Em{\displaystyle E_{\text{m}}} — амплитуда напряжения, между точками присоединения фаз к входам одного из выпрямителей. Амплитуда пульсаций около 3,44 % средней выпрямленной ЭДС.

Трёхфазные выпрямители «шесть мостов» (24 диода)

График ЭДС (зелёный) на выходе выпрямителя «шесть параллельных мостов».

Ещё менее известны трёхфазные выпрямители «шесть мостов параллельно» и «шесть мостов последовательно». Они состоят из двух трёхфазных трансформаторов. Первичные обмотки одного из них включаются звездой, другого — треугольником, что создаёт сдвиг фаз в 30°. Шесть вторичных обмоток подключаются к шести мостам (двадцать четыре диода). Мосты могут включаться разными способами, один из них — параллельное включение всех шести мостов. Из-за малых пульсаций выпрямитель по этой схеме соизмерим по массе стали и меди с выпрямителем «три параллельных моста» с дросселем фильтра, сглаживающим пульсации до такого же уровня. Эти выпрямители полномостовые. Они также как и выпрямитель «три параллельных моста» по многим параметрам превосходят и выпрямитель Миткевича и выпрямитель Ларионова. При этом требуются диоды со средним током через один диод почти вчетверо меньшим, чем в схеме Ларионова, и вдвое меньшим, чем в схеме «три параллельных полных моста». Эта схема позволяет построить выпрямитель большой мощности на элементах малой мощности.

Усредненная ЭДС на выходе выпрямителя «шесть мостов параллельно»

Eav≈0.989Em{\displaystyle E_{\text{av}}\approx 0{.}989E_{\text{m}}}.

Трёхфазный выпрямитель «шесть мостов последовательно» имеет наибольшее эквивалентное внутреннее активное сопротивление и может найти применение в источниках высокого напряжения большой мощности, например, в блоках питания промышленных установок электростатической очистки газов.

Усредненная ЭДС на выходе выпрямителя «шесть мостов последовательно»

Eav≈3.82Em{\displaystyle E_{\text{av}}\approx 3{.}82E_{\text{m}}}.

Это в два раза больше «трех мостов последовательно».

Применение

См. также

Примечания

Литература

  • Шамшин В. Г. История технических средств коммуникации. Учеб. пособие. — Дальневосточный Государственный Технический Университет, 2003.

Ссылки

  • ГМТУ, Государственный Морской Технический Университет, АЭС, 4.4 Трёхфазные неуправляемые выпрямители (недоступная ссылка) (недоступная ссылка) Проверено 6 июня 2016.
  • Красноярский государственный технический университет, Институт радиоэлектроники, кафедра РТС, Лабораторная работа № 1 Исследование трёхфазных нерегулируемых выпрямителей
  • Выпрямители переменного напряжения. Многофазные выпрямители. Трёхфазный выпрямитель. Схема Ларионова.
  • Выпрямители их достоинства и недостатки. Многофазные выпрямители. Трёхфазный выпрямитель. Схема Ларионова.
  • 11.3. Схемы выпрямления трёхфазного тока
  • Современные источники бесперебойного питания: структуры силовых цепей трёхфазных ИБП. Часть 2. Журнал «Электронные компоненты» № 8, 2008. Валерий Климов, к. т. н., технический директор, «Русэлт»
  • Источники бесперебойного питания без секретов. Глава 7. Трёхфазные ИБП
  • Трёхфазный управляемый выпрямитель. Описание изобретения к патенту Российской Федерации.
  • Ивановский государственный энергетический университет. Выпрямители. Архангельский Николай Леонидович. 5. Трёхфазная однотактная схема выпрямления. 6. Трёхфазная мостовая схема выпрямления.
  • Рис.2.33. Схемы силовых цепей трёхфазных выпрямителей
  • Рис.2.5. Схемы выпрямителей: б) трёхфазная нулевая; в) трёхфазная мостовая.
  • 8.2.5. Трёхфазные выпрямители.
  • Рис.2.1.Электрическая схема сварочных выпрямителей а- трёхфазная мостовая; б- шестифазная с уравнительным дросселем; в- с транзисторным блоком
  • Выпрямитель тока, рис. Выпрямители трёхфазного тока (схемы) — статья из Большой советской энциклопедии. 
  • Силовая электроника № 1’2006. Виенна-выпрямитель — трёхфазный корректор коэффициента мощности. Евгений Чаплыгин, Во Минь Тьинь, Нгуен Хоанг Ан
  • Выпрямители. Vytas LY3BG
  • Трёхфазные выпрямители
  • Выпрямители — Элементная база и схемотехника устройств силовой электроники

Выпрямители тока часть 2. Виды однофазных и трехфазных схем

Продолжаем рассматривать выпрямители тока, их различные схемы сборки. Всевозможные схемы обеспечивают применение таких устройств в разных отраслях промышленности и в быту.

Производство и передача электроэнергии чаще всего выполняется на переменном токе, так как трансформация напряжения является наиболее простым способом. Но, довольно весомая часть выработанной электрической энергии применяется в виде постоянного тока, даже для транспортировки на значительные расстояния. Эта доля составляет около 30% от всей произведенной электроэнергии.

Выпрямители тока
Двухтактная схема

В устройствах низкого напряжения используют однофазный двухтактный выпрямитель с нулевым отводом обмотки. Это дает возможность снизить потери и количество диодов в два раза. Однако при этом коэффициент использования трансформатора намного ниже, размеры прибора больше, в отличие от однофазного устройства.

Обязательным компонентом такого прибора является трансформатор, у которого имеется две низковольтные обмотки. По сути дела, подключение к средней точке делает выпрямитель двухфазным, так как образуются две ЭДС, которые равны между собой по значению, а направлены в разные стороны. В результате схема подключения заключается в том, что равные напряжения на выходе обмотки сдвинуты от средней точки по фазе на 180 градусов.

К анодам диодных вентилей присоединены вторичные обмотки, на которых напряжение находятся в противофазе, вследствие чего ток по диодам протекает по очереди в определенных полупериодах напряжения.

Отличием прибора со средней точкой от простого исполнения является протекание выпрямленного тока в обоих полупериодах. Но каждая половина обмотки нагружена током в одном полупериоде. Подмагничивание сердечника отсутствует, так как магнитные силы направлены во встречном направлении.

Мостовая схема

Характерна повышенным коэффициентом применения трансформатора. Вследствие этого, ее использование целесообразно в устройствах высокой мощности с напряжением на выходе в сотни вольт. Пульсации в такой схеме аналогичны предыдущей схеме.

Действие мостовой схемы практически не имеет отличий от предыдущей схемы, кроме того, что используются два вентиля вместо одного. Они соединены по последовательной схеме. Для полупериода применяется полностью вся обмотка. Это увеличивает эффективность применения трансформатора.

Преимуществом схемы моста является пониженное обратное напряжение, малые размеры, высокий коэффициент использования трансформатора. К недостатку можно отнести значительное падение напряжения на вентилях.

Напряжение на выходе при активной нагрузке представлено в виде однополярных полуволн. Это возникает из-за поочередного открывания диодов.

По аналогии кривых udдля приборов со средней точкой и мостовых схем, работают такие же формулы напряжений:

Вследствие этого пульсации остаются такими же. Ток Id разделяется на равные части между вентилями. Обратное напряжение на два непроводящих диода подается в одно время на диапазоне проводимости других диодов, его наибольшая величина вычисляется амплитудой напряжения u2:

Нагрузочный ток проходит в обоих полупериодах как во вторичной обмотке. Действующий ток вторичной обмотки вычисляется:

Это объясняется тем, что ток синусоидальный. Поэтому трансформатор выполнен с одной вторичной обмоткой.

Если учесть, что трансформатор оснащен одной вторичной обмоткой, то габаритная мощность двух обмоток одинакова, а суммарная габаритная мощность Sгаб совпадает с мощностью первичной обмотки, которая рассматривалась выше, и равна 1,23 Рd.

Выпрямительный диодный мост в различных источниках изображают по-разному. Чаще всего это делают упрощенно.

Диодный мост

Такую условность применяют для упрощения внешнего вида схемы. Диодная сборка состоит из четырех диодов с равными характеристиками. Они расположены в одном корпусе, что является технологичным решением. Такая сборка занимает незначительное место на монтажной плате.

В последнее время популярны селеновые и кенотронные выпрямители тока, которые применяются для радиоаппаратуры. В выпрямительных мостах все больше используют полупроводниковые диоды на основе германия.

Трехфазные выпрямители тока

Приборы, способные выпрямлять 3-фазное напряжение переменного тока, имеют трансформатор с первичной обмоткой, состоящей из 3-х отдельных обмоток, соединенных по схеме треугольника или звезды. Схема выпрямляющего устройства для трехфазной сети используется чаще всего для подключения нагрузки большой и средней мощности.

По методу подключения диодов к выходной обмотке схемы разделяют на мостовые с изолированной нулевой точкой, и нулевые со средней точкой обмотки.

Применяя специальные схемы подключения вторичной обмотки и выпрямителя, в общем, получают выпрямленное напряжение с количеством импульсов, кратным трем, за один период. При повышении количества импульсов в напряжении на выходе прибора, можно значительно уменьшить габариты фильтрующих элементов. 3-фазные выпрямители тока создают равномерную нагрузку на линию питания, и имеют повышенный процент использования трансформатора.

Трехфазная нулевая схема

В такую схему включен трансформатор. Выводы обмоток по схеме подключены к анодам трех диодов. Потребляющая нагрузка соединена с общей точкой катодов диодов.

На диаграмме показано действие идеального 3-фазного выпрямителя, имеющего среднюю точку на выходной обмотке, подключенную к нагрузке. В такой идеальной схеме, где не учитывается индуктивность обмоток, а вентили считаются идеальными, при переходе тока между вентилями, их коммутация осуществляется мгновенно, и в любое время ток проходит по одному диоду, имеющему самый большой потенциал.

В трехфазном устройстве выпрямления, нагрузочный ток со средней точки обмотки образуется фазным напряжением этой обмотки. За один период напряжения по каждой вторичной обмотке один раз проходит ток одной полярности. При этом диапазон проводимости одного вентиля равен 120 градусам.

Открытый диод подает напряжение соответствующей фазы к потребляющей нагрузке. В итоге на нагрузку действует импульсное однополярное напряжение, которое является участком напряжений фаз вторичных обмоток, и имеющее тройные импульсы за один период.

Достоинства
  • Малое количество вентилей.
  • Незначительное падение напряжения на диодах, вследствие чего возможно применение этой схемы для выравнивания низких напряжений при высоких мощностях более 0,5 киловатт.
  • Высокая частота импульсов выходного напряжения, так как имеется три частоты на трех фазах сети. Иногда это дает возможность применять такую схему без фильтрации.
Недостатки
  • Повышенное обратное напряжение на вентилях.
  • Малый коэффициент использования трансформатора из-за эффекта подмагничивания.

Однако такие недостатки нулевой схемы не ограничивают использовать выпрямители тока в определенных областях, и нашли определенную популярность.

Трехфазная мостовая схема

Позволяет наилучшим образом использовать трансформатор по его мощности, имеет малое обратное напряжение на вентилях и повышенную частоту импульсов выходного напряжения. Мостовая 3-фазная схема стала популярной в широком интервале мощностей и напряжений.

Выпрямители тока по мостовой трехфазной схеме имеется мост выпрямления, состоящий из шести диодов, соединенных двумя группами последовательно. Одна из групп – катодная, так как диоды соединены катодами, а вторая анодная. Питание на нагрузку подается от точек соединения анодов и катодов диодов. Обмотки допускается соединять треугольником или звездой.

Каждая группа вентилей устройства работает по принципу, подобному схеме прибора со средней точкой, на выходе среднее напряжение повышается в 2 раза.

Если рассматривать отличия двух последних схем, то в схеме со средней точкой нагрузочный ток создается фазным напряжением, в отличие от мостовой схемы, в которой ток нагрузки создается при воздействии линейного напряжения. Здесь нагрузочный ток проходит по двум диодам: одному с максимальным потенциалом анода по отношению к нулевой точке, другому – с минимальным потенциалом катода. Другими словами, в состоянии проводимости будут такие два вентиля моста, которые имеют максимальное линейное напряжение в сторону проводимости.

За один период напряжения осуществляется шесть коммутаций диодов, поэтому схема функционирует в шесть тактов. Такую схему называют шестиимпульсной. В результате выходное напряжение выпрямителя содержит шестикратные импульсы, однако угол проводимости отдельного диода равен углу 120 градусов.

График тока вторичной обмотки зависит от токов двух диодов, подключенных к этой фазе. Один из диодов состоит в анодной группе, а другой – в катодной. Выходной ток переменный, с промежутком между пульсациями 60 градусов, при закрытых двух диодах этой фазы. Подмагничивания сердечника в этой схеме нет.

Похожие темы:

Трёхфазный выпрямитель Википедия

Трёхфазный выпрямитель — устройство применяемое для получения постоянного тока из трёхфазного переменного тока системы Доливо-Добровольского.

Схема трёхфазного выпрямителя Ларионова на трёх диодных полумостах (на 6 диодах)

История и классификация[ | ]

Наиболее распространены трёхфазный выпрямитель по схеме Миткевича В. Ф. (на трёх диодах), предложенный им в 1901 г.[1], и трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А. Н. (на шести диодах), предложенный им в 1924 г.[2].[источник не указан 1331 день] В 1923 году в США также подаётся патент US1610837 A на трёхфазные выпрямители.

Менее известны трёхфазные выпрямители по схемам «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах) и др., которые по многим параметрам превосходят и схему Миткевича и схему Ларионова. При этом требуются диоды со средним током через один диод почти вдвое меньшим, чем в схеме Ларионова.

Следует отметить, что выпрямитель Миткевича является четвертьмостовым параллельным, выпрямитель Ларионова является не полномостовым, как его часто считают, а полумостовым параллельным («три параллельных полумоста»). В зависимости от схемы включения трёхфазного трансформатора или трёхфазного генератора (звезда, треугольник) схема Ларионова имеет две разновидности: «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», которые имеют разные напряжения, токи, внутренние сопротивления.

По схемам можно заметить, что схема Миткевича является недостроенной схемой Ларионова, а схема Ларионова является недостроенн

Трёхфазный выпрямитель — Википедия. Что такое Трёхфазный выпрямитель

Трёхфазный выпрямитель — устройство применяемое для получения постоянного тока из трёхфазного переменного тока системы Доливо-Добровольского.

Схема трёхфазного выпрямителя Ларионова на трёх диодных полумостах (на 6 диодах)

История и классификация

Наиболее распространены трёхфазный выпрямитель по схеме Миткевича В. Ф. (на трёх диодах), предложенный им в 1901 г.[1], и трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А. Н. (на шести диодах), предложенный им в 1924 г.[2].[источник не указан 912 дней] В 1923 году в США также подаётся патент US1610837 A на трёхфазные выпрямители.

Менее известны трёхфазные выпрямители по схемам «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах) и др., которые по многим параметрам превосходят и схему Миткевича и схему Ларионова. При этом требуются диоды со средним током через один диод почти вдвое меньшим, чем в схеме Ларионова.

Следует отметить, что выпрямитель Миткевича является четвертьмостовым параллельным, выпрямитель Ларионова является не полномостовым, как его часто считают, а полумостовым параллельным («три параллельных полумоста»). В зависимости от схемы включения трёхфазного трансформатора или трёхфазного генератора (звезда, треугольник) схема Ларионова имеет две разновидности: «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», которые имеют разные напряжения, токи, внутренние сопротивления.

По схемам можно заметить, что схема Миткевича является недостроенной схемой Ларионова, а схема Ларионова является недостроенной схемой «три параллельных моста».

Из-за принципа обратимости электрических машин по этим же схемам строятся и преобразователи (инверторы).

Трёхфазный выпрямитель «три четвертьмоста параллельно» (Миткевича В. Ф.)

Схема трёхфазного ртутного выпрямителя по схеме В. Ф. Миткевича приведена в[3].

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

«Частично трёхполупериодный с нулевым выводом». Площадь под интегральной кривой равна:

S=6∫π/6π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=632Em=33Em{\displaystyle S=6\int \limits _{\pi /6}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=6{\frac {\sqrt {3}}{2}}E_{\text{m}}=3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}},

где Em=2E2eff{\displaystyle E_{\text{m}}={\sqrt {2}}E_{\text{2eff}}} — максимальное (наибольшее) мгновенное значение ЭДС, E2eff{\displaystyle E_{\text{2eff}}} — эффективное (действующее) значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора или генератора.

Средняя ЭДС равна: Esr=33Em2π=0,83Em=1,17E2eff.{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{2\pi }}=0{,}83E_{\text{m}}=1{,}17E_{\text{2eff}}.}

На холостом ходу и близких к нему режимах ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в ветви с меньшей на данном отрезке периода ЭДС. Относительное эквивалентное активное сопротивление при этом равно сопротивлению одной ветви 3r. При увеличении нагрузки (уменьшении Rn) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на одну нагрузку параллельно. Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках равно 3r/2. В режиме короткого замыкания эти отрезки максимальны, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Отрицательные полупериоды в выпрямителе Миткевича не используются. Из-за этого выпрямитель Миткевича имеет очень низкий коэффициент использования габаритной мощности трансформатора и применяется при малых мощностях.

Частота пульсаций равна 3f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна 0,5Em{\displaystyle 0{,}5E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,5/0,83 = 0,6 (60 %).

Три разделённых полумоста параллельно (три «с удвоением напряжения» параллельно)

Трёхфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединённые кольцом (треугольником)» («треугольник-Ларионова»)

Treugolnik-Larionov.jpg Treugolnik-Larionov.jpg Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

В некоторой электротехнической литературе иногда не различают схемы «треугольник-Ларионов» и «звезда-Ларионов», которые имеют разные значения среднего выпрямленного напряжения, максимального тока, эквивалентного активного внутреннего сопротивления и др.

В выпрямителе «треугольник-Ларионов» потери в меди больше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов», поэтому на практике чаще применяется схема «звезда-Ларионов».

Кроме этого, выпрямители Ларионова А. Н. часто называют мостовыми, на самом деле они являются полумостовыми параллельными.

В некоторой литературе выпрямители Ларионова и подобные называют «полноволновыми» (англ. full wave), на самом деле полноволновыми являются выпрямитель «три последовательных моста» и подобные.

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=1212Em=6Em{\displaystyle S=12\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=12{\frac {1}{2}}E_{\text{m}}=6E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=6Em2π=3Emπ=0,955Em=1,35E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6E_{\text{m}}}{2\pi }}={\frac {3E_{\text{m}}}{\pi }}=0{,}955E_{\text{m}}=1{,}35E_{\text{2eff}}}, то есть больше, чем в выпрямителе Миткевича.

В работе схемы «треугольник-Ларионов» есть два периода. Большой период равен 360° (2π{\displaystyle 2\pi }). Малый период равен 60° (π/3{\displaystyle \pi /3}), и повторяется внутри большого 6 раз. Малый период состоит из двух малых полупериодов по 30° (π/6{\displaystyle \pi /6}), которые зеркальносимметричны и поэтому достаточно разобрать работу схемы на одном малом полупериоде в 30°.

На холостом ходу и в режимах близких к нему ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода обратносмещает (закрывает) диоды с меньшими на данном отрезке периода ЭДС.

В начальный момент (ωt=0{\displaystyle \omega t=0}) ЭДС в одной из ветвей равна нулю, а ЭДС в двух других ветвях равны 0,87Em{\displaystyle 0{,}87E_{\text{m}}}, при этом открыты два верхних диода и один нижний диод. Эквивалентная схема представляет собой две параллельные ветви с одинаковыми ЭДС (0,87) и одинаковыми сопротивлениями по 3r каждое, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно 3r/2. Далее, на малом полупериоде, одна из двух ЭДС, равных 0,87, растёт до 1,0, другая уменьшается до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5. Один из двух открытых верхних диодов закрывается, и эквивалентная схема становится параллельным включением двух ветвей, в одной из которых бо́льшая ЭДС и её сопротивление равно 3r, в другой ветви образуется последовательное включение двух меньших ЭДС, и её сопротивление равно 2 × 3r = 6r, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно

3r⋅6r/(3r+6r)=18r2/(9r)=2r.{\displaystyle 3r\cdot 6r/(3r+6r)=18r^{2}/(9r)=2r.}

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (1−32)Em=(1−0,87)Em=0,13Em{\displaystyle \left(1-{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}\right)E_{\text{m}}=(1-0{,}87)E_{\text{m}}=0{,}13E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,13/0,95 = 0,14 (14 %).

Трёхфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединённые звездой» («звезда-Ларионова»)

\left(1-{\tfrac  {{\sqrt  3}}{2}}\right)E_{{\text{m}}}=(1-0{,}87)E_{{\text{m}}}=0{,}13E_{{\text{m}}} Три полумоста параллельно, объединённые звездой («звезда-Ларионов»). Zwezda-Larionow.jpg

Выпрямитель звезда-Ларионов (шестипульсный) применяется в генераторах электроснабжения бортовой сети почти на всех средствах транспорта (автотракторных, водных, подводных, воздушных и др.). В электроприводе дизельэлектровозов и дизельэлектроходов почти вся мощность проходит через выпрямитель звезда-Ларионов.

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12(∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)+∫π/6π/3Emsin⁡(ωt)d(ωt))={\displaystyle S=12(\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)+\int \limits _{\pi /6}^{\pi /3}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t))=}
=1232Em=63Em{\displaystyle =12{\frac {\sqrt {3}}{2}}E_{m}=6{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=63Em2π=33Emπ=1,65Em=2,34E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{2\pi }}={\frac {3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{\pi }}=1{,}65E_{\text{m}}=2{,}34E_{\text{2eff}}}, то есть в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз больше, чем в схемах «треугольник-Ларионов» и «три параллельных полных моста» и вдвое больше, чем в схеме Миткевича.

В этом выпрямителе есть большой период равный 360° и малый период, равный 60°. В большом периоде помещаются 6 малых периодов. Малый период в 60° состоит из двух зеркальносимметричных частей по 30°, поэтому для описания работы этой схемы достаточно разобрать её работу на одной части в 30° малого периода. В начале малого периода (ωt=0{\displaystyle \omega t=0}) ЭДС в одной из ветвей — фазы U1 равна нулю, а в двух других фазах U2 и U3 — по 0,87 × Emax. Эти две фазы U2 и U3 в данный, начальный момент времени ωt=0{\displaystyle \omega t=0} включены последовательно. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно 6r{\displaystyle 6r}. Далее, одна из ЭДС фаза U2 увеличивается от 0,87 — до 1,0, другая U3 уменьшается от 0,87 до 0,5, а третья фаза U1 растёт от 0,0 до 0,5. — где и пересекается на графике в точке 0.5Emax с фазой U3 — смотрите рисунок наглядного изменения фаз по ссылке https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Spannungsverlauf_Dreiphasen-Wechselstrom.gif Эквивалентная схема при этом изменяется и представляет собой две последовательно включенные ветви, в одной из которых одна ЭДС и её сопротивление равно сопротивлению одной обмотки 3r, в другой две параллельно включенные ЭДС с сопротивлением 3r каждая, эквивалентное сопротивление двух параллельных ветвей равно 3r/2. Эквивалентное активное внутреннее сопротивление всей цепи равно 3r/2 + 3r = 9r/2 = 4,5r. В режимах близких к холостому ходу (при малых нагрузках) в параллельных ветвях ЭДС в ветви с большей ЭДС обратносмещает (закрывает) диод в ветви с меньшей ЭДС, при этом изменяется эквивалентная схема. При увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на нагрузку параллельно. В режиме короткого замыкания отрезки параллельной работы увеличиваются до длины всего периода, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (3−1,5)Em=(1,73−1,5)Em=0,23Em{\displaystyle ({\sqrt {3}}-1{,}5)E_{\text{m}}=(1{,}73-1{,}5)E_{\text{m}}=0{,}23E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,23/1,65 = 0,14 (14 %).

Трёхфазный выпрямитель «три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно» (6 диодов)

Shestifaznyi.jpg

В литературе иногда называют «шестифазный» (см. немецкую страницу в Википедии de:Gleichrichter#Gleichrichter für Dreiphasenwechselstrom Sechspuls-Sternschaltung (M6): 6-Phasen-Gleichrichter mit Mittelpunktanzapfungen am Drehstromtransformator).

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста параллельно» и имеет почти такие же свойства, как и выпрямитель «три полных моста параллельно», но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больший.

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=1212Em=6Em{\displaystyle S=12\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=12{\frac {1}{2}}E_{\text{m}}=6E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=6Em2π=3Emπ=0,95Em=1,35E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6E_{m}}{2\pi }}={\frac {3E_{m}}{\pi }}=0{,}95E_{\text{m}}=1{,}35E_{\text{2eff}}}, то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

Трёхфазный выпрямитель «три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно» (6 диодов)

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста последовательно» и имеет почти такие же свойства, но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больше.

Трёхфазный выпрямитель «три полных моста параллельно» (12 диодов)

Tri mosta.jpg Tri parallelnyh mosta.jpgTreugolnik-Larionov.jpg Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

Менее известны полномостовые трёхфазные выпрямители по схеме «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах), и др., которые по многим параметрам превосходят выпрямитель Ларионова А. Н.. По схемам выпрямителей можно видеть, что выпрямитель Миткевича В. Ф. является «недостроенным» выпрямителем Ларионова А. Н., а выпрямитель Ларионова А. Н. является «недостроенным» выпрямителем «три параллельных моста».

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)=1212Em=6Em{\displaystyle S=12\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=12{\frac {1}{2}}E_{\text{m}}=6E_{\text{m}}}.

Средняя ЭДС равна: Esr=6Em2π=3Emπ=0,955Em=1,35E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {6E_{m}}{2\pi }}={\frac {3E_{m}}{\pi }}=0{,}955E_{\text{m}}=1{,}35E_{\text{2eff}}}, то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

В режиме холостого хода ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке большого периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в мостах с меньшими на данном отрезке большого периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно активному сопротивлению одного моста (одной обмотки) 3r. При увеличении нагрузки (уменьшении Rn) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых два моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода при этом равно сопротивлению двух параллельных мостов 3r/2 = 1,5r. При дальнейшем увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых все три моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно сопротивлению трёх параллельных мостов r. В режиме короткого замыкания все три параллельных моста работают на нагрузку, но полезная мощность в этом режиме равна нулю. Из этого следует, что с учётом разницы величин ЭДС (3{\displaystyle {\sqrt {3}}}), эквивалентное внутреннее активное сопротивление (и потери в меди) выпрямителя «три параллельных моста» получается меньше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов». Из-за меньшего эквивалентного внутреннего активного сопротивления в выпрямителе «три параллельных полных моста» нагрузочные характеристики этих двух выпрямителей получаются разными.

Выпрямитель «три параллельных моста» имеет большую надёжность, чем выпрямитель «звезда-Ларионов». При обрыве (выгорании) 5/6 диодов выпрямитель «звезда-Ларионов» становится полностью неработоспособным, а выпрямитель «три параллельных моста», в случае оставшихся диодов в противоположных плечах одного моста, ещё даёт около 1/6 от полной мощности, чего может хватить, чтобы «дотянуть» до ремонта. В выпрямителе «три параллельных полных моста» средний ток через один диод почти вдвое меньше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов», а такие диоды дешевле и доступнее.

Недостатки
  1. При очень малых токах нагрузки эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти равно активному сопротивлению одной обмотки, то есть больше, чем в выпрямителе «треугольник-Ларионов».

Устранение недостатка. При очень малых токах нагрузки схему «три параллельных моста» можно переключать на схему «треугольник-Ларионов» переключателем с тремя замыкающими контактными группами.

  1. Из-за четырёхпроводной трёхфазной сети выпрямитель «три параллельных моста» может работать только вблизи трансформатора, выпрямитель Ларионова — на удалении от трансформатора.

Устранение недостатка. Проводка шестипроводной линии электропередачи.

По свойствам этот выпрямитель ближе к источникам тока и может почти во всех устройствах заменить выпрямители «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», (электропривод тепловозов, теплоходов, атомоходов, прокатных станов, буровых вышек, блоки питания мощных электролизёров, мощных радиопередатчиков, мощных радиолокаторов, мощных лазеров, электротранспорта постоянного тока, генераторы бортовой сети автотракторной и др. техники и в других устройствах), при этом уменьшается нагрев обмоток и сберегается около 4 % электроэнергии (топлива)).

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (1−32)Em=(1−0,87)Em=0,13Em{\displaystyle \left(1-{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}\right)E_{\text{m}}=(1-0{,}87)E_{\text{m}}=0{,}13E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,13/0,95 = 0,14 (14 %).

Трёхфазный выпрямитель «три полных моста последовательно» (12 диодов)

Tri posledowatelnyh mosta.jpg B62S twelve-pulse bridge.jpg

Площадь под интегральной кривой равна:

S=12[∫0π/6Emsin⁡(ωt)d(ωt)+∫π/6π/3Emsin⁡(ωt)d(ωt)+∫π/3π/2Emsin⁡(ωt)d(ωt)]={\displaystyle S=12\left[\int \limits _{0}^{\pi /6}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)+\int \limits _{\pi /6}^{\pi /3}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)+\int \limits _{\pi /3}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)\right]=}
=12(1−32+32−12+12)Em=12Em.{\displaystyle =12\left(1-{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}+{\tfrac {\sqrt {3}}{2}}-{\tfrac {1}{2}}+{\tfrac {1}{2}}\right)E_{\text{m}}=12E_{\text{m}}.}

Средняя ЭДС равна: Esr=12Em2π=6Emπ=1,91Em=2,7E2eff{\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {12E_{\text{m}}}{2\pi }}={\frac {6E_{\text{m}}}{\pi }}=1{,}91E_{\text{m}}=2{,}7E_{\text{2eff}}}, то есть вдвое больше, чем в схеме «треугольник-Ларионов».

Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно сопротивлению трёх последовательно включенных мостов с сопротивлением 3r каждый, то есть 9r.

Ток в нагрузке равен ????

Мощность в нагрузке равна ????

Частота пульсаций равна 6f, где f — частота сети.

Абсолютная амплитуда пульсаций равна (2−3)Em=(2−1,73)Em=0,27Em{\displaystyle (2-{\sqrt {3}})E_{\text{m}}=(2-1{,}73)E_{\text{m}}=0{,}27E_{\text{m}}}.

Относительная амплитуда пульсаций равна 0,27/1,91 = 0,14 (14 %).

Этот выпрямитель имеет наибольшее эквивалентное внутреннее активное сопротивление и наибольшую среднюю ЭДС, по свойствам ближе к источнику напряжения и может найти применение в высоковольтных источниках напряжения (в установках электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр) и др.).

Двенадцатипульсовый статический трёхфазный выпрямитель

Представляет собой параллельное (или иногда последовательное) включение двух выпрямителей Ларионова со сдвигом фаз входных трёхфазных токов. При этом вдвое увеличивается число выпрямленных полупериодов по сравнению с обычным выпрямителем Ларионова из-за чего уменьшается относительная амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения и вдвое увеличивается частота пульсаций выпрямленного напряжения, что также облегчает сглаживание выпрямленного напряжения.[4]

Средняя выводная ЭДС выпрямителя параллельных мостов Ларионова со сдвигом фаз питающих напряжений

Eav≈0.989Em{\displaystyle E_{\text{av}}\approx 0.989E_{\text{m}}}

где Em{\displaystyle E_{\text{m}}} — амплитуда напряжения, между точками присоединения фаз к входам одного из выпрямителей.

Последовательное соединение выпрямителей Ларионова со сдвигом фаз 30 градусов (один выпрямитель запитан от «звезды», другой — от «треугольника») обеспечивает среднюю постоянную ЭДС

Eav=1.91Em{\displaystyle E_{\text{av}}=1.91E_{\text{m}}}

где Em{\displaystyle E_{\text{m}}} — амплитуда напряжения, между точками присоединения фаз к входам одного из выпрямителей. Амплитуда пульсаций около 3,44 % средней выпрямленной ЭДС.

Трёхфазные выпрямители «шесть мостов» (24 диода)

Шесть мостов.jpg График ЭДС (зелёный) на выходе выпрямителя «шесть параллельных мостов». Gleichrichter 24 punkt.svg

Ещё менее известны трёхфазные выпрямители «шесть мостов параллельно» и «шесть мостов последовательно». Они состоят из двух трёхфазных трансформаторов. Первичные обмотки одного из них включаются звездой, другого — треугольником, что создаёт сдвиг фаз в 30°. Шесть вторичных обмоток подключаются к шести мостам (двадцать четыре диода). Мосты могут включаться разными способами, один из них — параллельное включение всех шести мостов. Из-за малых пульсаций выпрямитель по этой схеме соизмерим по массе стали и меди с выпрямителем «три параллельных моста» с дросселем фильтра, сглаживающим пульсации до такого же уровня. Эти выпрямители полномостовые. Они также как и выпрямитель «три параллельных моста» по многим параметрам превосходят и выпрямитель Миткевича и выпрямитель Ларионова. При этом требуются диоды со средним током через один диод почти вчетверо меньшим, чем в схеме Ларионова, и вдвое меньшим, чем в схеме «три параллельных полных моста». Эта схема позволяет построить выпрямитель большой мощности на элементах малой мощности.

Усредненная ЭДС на выходе выпрямителя «шесть мостов параллельно»

Eav≈0.989Em{\displaystyle E_{\text{av}}\approx 0{.}989E_{\text{m}}}.

Трёхфазный выпрямитель «шесть мостов последовательно» имеет наибольшее эквивалентное внутреннее активное сопротивление и может найти применение в источниках высокого напряжения большой мощности, например, в блоках питания промышленных установок электростатической очистки газов.

Усредненная ЭДС на выходе выпрямителя «шесть мостов последовательно»

Eav≈3.82Em{\displaystyle E_{\text{av}}\approx 3{.}82E_{\text{m}}}.

Это в два раза больше «трех мостов последовательно».

Применение

См. также

Примечания

Литература

  • Шамшин В. Г. История технических средств коммуникации. Учеб. пособие. — Дальневосточный Государственный Технический Университет, 2003.

Ссылки

  • ГМТУ, Государственный Морской Технический Университет, АЭС, 4.4 Трёхфазные неуправляемые выпрямители (недоступная ссылка) (недоступная ссылка) Проверено 6 июня 2016.
  • Красноярский государственный технический университет, Институт радиоэлектроники, кафедра РТС, Лабораторная работа № 1 Исследование трёхфазных нерегулируемых выпрямителей
  • Выпрямители переменного напряжения. Многофазные выпрямители. Трёхфазный выпрямитель. Схема Ларионова.
  • Выпрямители их достоинства и недостатки. Многофазные выпрямители. Трёхфазный выпрямитель. Схема Ларионова.
  • 11.3. Схемы выпрямления трёхфазного тока
  • Современные источники бесперебойного питания: структуры силовых цепей трёхфазных ИБП. Часть 2. Журнал «Электронные компоненты» № 8, 2008. Валерий Климов, к. т. н., технический директор, «Русэлт»
  • Источники бесперебойного питания без секретов. Глава 7. Трёхфазные ИБП
  • Трёхфазный управляемый выпрямитель. Описание изобретения к патенту Российской Федерации.
  • Ивановский государственный энергетический университет. Выпрямители. Архангельский Николай Леонидович. 5. Трёхфазная однотактная схема выпрямления. 6. Трёхфазная мостовая схема выпрямления.
  • Рис.2.33. Схемы силовых цепей трёхфазных выпрямителей
  • Рис.2.5. Схемы выпрямителей: б) трёхфазная нулевая; в) трёхфазная мостовая.
  • 8.2.5. Трёхфазные выпрямители.
  • Рис.2.1.Электрическая схема сварочных выпрямителей а- трёхфазная мостовая; б- шестифазная с уравнительным дросселем; в- с транзисторным блоком
  • Выпрямитель тока, рис. Выпрямители трёхфазного тока (схемы) — статья из Большой советской энциклопедии. 
  • Силовая электроника № 1’2006. Виенна-выпрямитель — трёхфазный корректор коэффициента мощности. Евгений Чаплыгин, Во Минь Тьинь, Нгуен Хоанг Ан
  • Выпрямители. Vytas LY3BG
  • Трёхфазные выпрямители
  • Выпрямители — Элементная база и схемотехника устройств силовой электроники

Трехфазный однополупериодный выпрямитель

Данная схема содержит трехфазный трансформатор и три диода (рис.1,а). Первичные обмотки трансформатора могут быть соединены звездой или треугольником, вторичные обмотки соединяются только звездой с выводом нулевой точки. Нагрузка Rн включается между точкой соединения диодов и нулевым выводом. Таким образом, трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом является сочетанием трех однофазных выпрямителей, питающихся тремя симметричными напряжениями (последние сдвинуты на 120°) и работающих на общую нагрузку.

Рис.1.Трехфазная однополупериодная схема (а) и диаграммы токов и напряжений в ней.

В данном выпрямителе в любой произвольно выбранный момент времени открыт (проводит ток) тот диод, анод которого находится под наибольшим положительным потенциалом. Аноды двух других диодов будут иметь меньший потенциал (рис.1, а), и эти диоды будут закрыты, поскольку наибольший потенциал открытого диода окажется запирающим для двух других. Например, в течение промежутка времени t1t2 (т. е. в течение 1/з периода) наибольшим положительным потенциалом обладает точка А — анод диода VD1 (рис.1,б). Через VD1, RH и первую фазную обмотку (А) трансформатора протекает ток i1=i0 =iA. Точка соединения катодов окажется под потенциалом точки А схемы. Следовательно, VD2 и VD3 будут заперты, так как потенциалы их анодов (точки В и С) в этот промежуток времени будут меньше потенциала точки А (рис.1,б). В течение промежутка t2t3 наибольший положительный потенциал будет на аноде VD2 (точка В), следовательно VD2 проводит ток, а VD1 и VD3 заперты. В течение промежутка t3t4 работает VD3, a VD1, VD3 заперты и т.д.

Таким образом, VD1 VD2, VD3 работают поочередно, каждый в течение 1/з периода; при этом на нагрузку работают соответствующие фазные обмотки трансформатора.

Так как падение напряжения в обмотках трансформатора и вентилях идеализированной схемы считается равным нулю, то форма выпрямленного напряжения и0 (рис.1,б) имеет форму огибающей фазовых напряжений вторичных обмоток трансформатора (uА, uB, uC).

Графики i1, i2, i3, а также график выпрямленного тока iо исходя из допущения об идеальных диодах и трансформаторе определяются соотношением

Обратное напряжение на диоде определяется исходя из того, что к электродам закрытых диодов приложена разность потенциалов, соответствующая линейному напряжению вторичных обмоток трансформатора.

Каждая фазная обмотка трансформатора данной схемы работает лишь один раз в период в течение 1/з его длительности (рис.1,б), при этом ток протекает по ней только в одном направлении. Поэтому появляющаяся в этом случае постоянная составляющая тока вызывает вынужденное подмагничивание магнитопровода трансформатора. Для устранения подмагничивания вторичные обмотки выполняются в виде отдельных секций, которые соединяются по схеме «зигзаг», благодаря чему магнитные потоки, создаваемые в каждом из стержней постоянной составляющей тока, взаимно компенсируются.

Применение трехфазной схемы позволяет уменьшить габариты и массу сглаживающего фильтра вследствие увеличения частоты пульсации в 1,5 раза и уменьшения коэффициента пульсации Кп0,3 более чем в 2,5 раза.

Основным недостатком данной схемы является вынужденное подмагничивание магнитопровода, однако этот недостаток устраняется применением схемы «зигзаг».

По трехфазной однополупериодной схеме выполняются выпрямители средней и большой мощности.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о