Трехфазный выпрямитель. 
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА- Хотунцев Ю.Л.

Современные электроэнергетические системы представляют собой в подавляющем большинстве трехфазные электрические системы переменного тока. Однако в технике во многих случаях возникает необходимость питания различного рода электрических машин, электроустановок и аппаратов постоянным током.

В этих целях переменный ток преобразуют в постоянный. В качестве преобразователей в трехфазных системах используют преобразователи с вращающимся якорем или трехфазные выпрямители с полупроводниковыми вентилями, которые обладают экономической эффективностью по сравнению с другими преобразователями.

На рисунке 5.9.1 приведена схема трехфазного выпрямителя с выведенной нейтральной точкой.

Рис. 5.9.1.

Первичные обмотки трехфазного трансформатора соединяются звездой или треугольником, а вторичные — звездой. В каждую фазу вторичной обмотки трехфазного трансформатора включают по одному вентилю.

Электрическая схема соединения фаз вторичных обмоток трехфазного трансформатора, вентилей, нагрузки, а также условно-положительные направления фазных напряжений, линейных токов и напряжений на вентилях показаны на рисунке 5.9.2.

Применяя второй закон Кирхгофа для замкнутых контуров акоо’а, bnoo’b, стоо’с имеем.

где U_Ba, U_Bb, U_Bc — напряжения на вентилях; [/", U_b, U_e — фазные напряжения на вторичной обмотке трансформатора; 0″ — напряжение на нагрузке.

Вентиль Ва будет заперт до тех пор, пока.

В это время может быть открыт вентиль ВЬ или Вс. При открытом вентиле ВЬ или Вс его прямое сопротивление близко к нулю, вследствие этого.

I.

Для выполнения неравенства (5.9.2) с учетом уравнений (5.9.3) необходимо U, < U_b или U_a < U_c. Следовательно, чтобы вентиль Ва был открыт (С/" > 0) должны быть выполнены одновременно два условия: U_a> U_bu U"> U_c. При аналогичных условиях открываются вентили Bb и Вс. Переключение их происходит в те моменты, когда не выполняются условия открытия каждого вентиля. Эти моменты соответствуют точкам пересечения положительных значений синусоид фазных напряжений вторичной обмотки трансформатора, которые приведены на рисунке 5.9.3.

Рис. 5.9.3.

Выпрямленный ток будет протекать через каждый вентиль в течение 1/3 периода. Суммарная кривая выпрямленного напряжения на нагрузке, пропорционального выпрямленному току, является суммой выпрямленных фазных напряжений. Постоянную составляющую выпрямленного напряжения определяем интегрированием:

где и₉₂ — фазное напряжение на вторичной обмотке трансформатора; U_m — максимальное напряжение.

Среднее значение тока в нагрузке равно:

Среднее значение тока через вентиль за период равно:

Выпрямленное напряжение в схеме (см. рис. 5.9.2) более сглаженное, чем в двухполупериодной схеме однофазной цепи при отсутствии фильтров.

Обратное напряжение, приложенное к вентилю, равно линейному напряжению во вторичной обмотке трансформатора, так как один зажим вентиля присоединен к одной фазе, а другой зажим — к другой фазе через открытый вентиль:

Выражая из уравнения (5.9.4) и_ф2 через U₀ и подставив его знечение в уравнение (5.9.7), получим:

Для питания постоянным током мощных систем используют мостовые трехфазные схемы выпрямления. Они широко применяются в электрооборудовании современного электрифицированного транспорта (метро, троллейбус, трамвай, железная дорога), заводов и предприятий, использующих энергию постоянного тока, и др. Применение в трехфазных мостовых схемах выпрямления трехфазного тока управляемых вентилей позволяет регулировать моменты открывания и закрывания вентилей, что дает возможность эффективно и экономично регулировать среднее значение выпрямленного тока. Мостовая трехфазная схема выпрямления трехфазного тока приведена на рисунке 5.9.4. Условия открывания вентилей остаются прежними. Каждый вентиль работает 1/3 периода. Мостовая схема обеспечивает шестикратное повторение пульсаций выпрямленного напряжения за один период изменения тока питающей сети. Это приводит к еще большему сглаживанию и увеличению постоянной составляющей выпрямленного напряжения (U₀). Все это вместе взятое значительно увеличивает преимущества мостовой трехфазной схемы выпрямления по сравнению с трехфазной схемой выпрямления с нейтральной точкой.