Трёхфазный мостовой выпрямитель

Схема трёхфазного мостового выпрямителя (рис. 7.11) нашла широкое применение в выпрямительных устройствах большой и средней мощности.

В этой схеме нечётная группа вентилей VD1, VD3, VD5 соединяется между собой со стороны катода. Чётная группа вентилей VD2, VD4, VD6 соединяются между собой со стороны анодов, а их катоды присоединяются к анодам вентилей нечётной группы. При этом аноды присоединяются к концам фаз вторичных обмоток трансформатора TV.

7.11. Схема трёхфазного мостового выпрямителя Между общей точкой катодов и общей точкой анодов подключается нагрузочное сопротивление R_H. По отношению в внешней цепи общая точка катодов является положительным полюсом, а общая точка анодов — отрицательным полюсом. Работа нечётной группы вентилей соответствует работе трёхфазной схемы с нулевым проводом. В этой группе в течение V3 периода работает вентиль с наиболее высоким потенциалом анода. В чётной группе вентилей, потенциалы анодов которой всегда одинаковы, в данную часть периода работает тот вентиль, у которого катод имеет более отрицательный потенциал. В мостовой схеме в любой момент времени работают всегда два вентиля: один из чётной, другой из нечётной группы.

На рис. 7.12 представлены временные диаграммы напря;

Рис. 7.12. Временные диаграммы токов и напряжений трёхфазного мостового выпрямителя жений и токов трёхфазного мостового выпрямителя, на основе которых можно проанализировать работу схемы.

На рис. 7.12, а показаны фазные напряжения вторичной обмотки трансформатора U2", U2_e, U2_C, сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 2х/3.

Моменты времени, соответствующие пересечению положительных полуволн фазных напряжений, являются моментами начала открытия одного из вентилей нечётной группы VD1, VD3, VD5. Моменты времени, соответствующие пересечению отрицательных полуволн фазных напряжений являются моментами начала открытия одного из вентилей чётной группы VD2, VD4, VD6 (рис. 7.12, б). Поэтому, выпрямленное напряжение в этой схеме ограничивается кривой линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора U2n- При этом пульсации кривой выпрямленного напряжения соответствуют шестикратной частоте по отношению к частоте питающего напряжения. С учётом того, что в фазах вторичной обмотки трансформатора в течение периода токи протекают в обоих направлениях, коэффициент пульсации выпрямленного тока:

Среднее значение выпрямленного напряжения в соответствии с рис. 7.12, б определяется выражением:

где 11_:лт — амплитуда линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Заменяя в (7.38) линейное напряжение через фазное (U₂ , = у/1и₂), действующее значение вторичного напряжения определяется из выражения:

Из выражений (7.39) и (7.30) видно, что при одном и том же выпрямленном напряжении U_H величина фазного напряжения в мостовой выпрямительной схеме должна быть примерно в 2 раза меньше, чем в трёхфазной схеме выпрямления с нулевым проводом. Это обстоятельство позволяет предъявить пониженные требования к изоляции обмоток трансформатора, а также к классу вентилей выпрямителя, что весьма существенно (особенно для установок высокого напряжения).

С учётом выражений (7.39) действующее значение напряжения фазы первичной обмотки трансформатора:

Фазный ток вторичной обмотки трансформатора определяется токами как чётного, так и нечётного вентилей, присоединённых к данной фазе. Эти токи смещены по фазе относительно друг друга на угол равный 7 г, и противоположно направлены в соответствующей обмотке трансформатора. Поэтому ток i: вторичной обмотки трансформатора является чисто переменным, так как не содержит постоянной составляющей (рис. 7.12, в). Действующее значение этого тока без учёта его пульсаций:

Форма первичного тока // трансформатора (рис. 7.12, г) повторяет форму вторичного, поэтому отношение этих токов определяется только значением коэффициента трансформации трансформатора TV:

По действующим значениям токов и напряжений трёхфазного трансформатора определяется его расчётная мощность с учётом выражений (7.39) — (7.42):

Максимальное значение выпрямленного напряжения U_Hm равно амплитудному значению линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора, так как нагрузочное сопротивление в рассматриваемой схеме включено под линейное напряжение. Связь между максимальным и средним значениями выпрямленного напряжения определяется уравнением:

Максимальное значение тока вентиля, равное максимальному значению выпрямленного тока, с учётом (7.43) определяется из выражения:

В рассматриваемой схеме величина среднего значения выпрямленного тока /я складывается из средних значений токов в цепях нечётных вентилей, поэтому величина среднего значения тока вентиля (диода):

Неработающий вентиль нечётной группы в рассматриваемой выпрямительной схеме присоединён со стороны анода к одной из фаз трансформатора, а катод вентиля через другой работающий вентиль чётной группы присоединён к другой фазе вторичной обмотки трансформатора. Тогда обратное максимальное напряжение на вентиле U,_m в этой схеме равно максимальному линейному напряжению вторичных обмоток трансформатора:

С учётом (7.39):

Сравнительно небольшое амплитудное значение обратного напряжения, что следует из (7.45), является существенным достоинством мостовой схемы перед схемой трёхфазного выпрямителя с нулевым выводом.

Уравнение внешней характеристики трёхфазного мостового выпрямителя в относительных единицах приобретает вид:

Внешняя характеристика трёхфазного мостового выпрямителя имеет большую жёсткость, чем характеристика трёхфазного выпрямителя с нулевой точкой.