Первичное применение выпрямителей состоит в выводе источника постоянного тока (DC) из источника переменного тока (AC). Практически все электронные устройства требуют постоянного тока, поэтому выпрямитель трехфазный используются внутри блоков питания очень широкого спектра электронного оборудования.
Цепь полного цикла
Она представляет собой схему выпрямителя, которая преобразует напряжение AC в постоянное напряжение. Эти схемы называются полноволновым выпрямителем, поскольку он генерирует выходной сигнал полного цикла.
Преимущества трехфазных выпрямителей:
- Из-за их низкой стоимости по сравнению с центральным нажатием они широко используются в цепи питания.
- Это можно использовать для обнаружения амплитуды модулированного радиосигнала.
- Мостовые выпрямители могут использоваться для подачи поляризованного напряжения при сварке.
Трехфазная схема выпрямителя
Большинство промышленных источников питания для электродвигателей и сварочных применений используют трехфазное напряжение AC. Это означает, что устройство для этих цепей должен использовать трехфазный мост, который имеет шесть диодов для обеспечения полноволнового выпрямления (два диода для каждой линии трёх фаз). На этом рисунке показана электрическая трехфазная мостовая схема выпрямления.
На диаграмме вторичная обмотка трехфазного трансформатора на диоде устройства. 1D, 3D и 5D соединены вместе, чтобы обеспечить общую точку для отрицательного вывода DC выходной мощности. 2D, 4D и 6D соединены, чтобы обеспечить общую точку для постоянного положительного вывода выходной мощности.
Электронная схема трехфазного мостового выпрямителя, где он соединён со вторичной обмоткой трехфазного трансформатора. Трехфазные входные синусоидальные волны (б). Шесть полуволн для выхода DC. Хорошим правилом для определения соединений на диодных устройствах является то, что входное напряжение (U) переменного тока будет подключено к мосту, где соединяются анод и катод любых двух диодов.
Так как это происходит в двух точках моста, входное U не имеет определённую полярность. Положительный вывод для источника питания будет подключён к мосту, где два катода диодов соединены, а отрицательный вывод будет соединён с мостом и соединяются два анода диодов.
Поскольку шесть полуволн перекрываются, напряжение DC не имеет шансов добраться до нулевой точки напряжения, таким образом, среднее выходное напряжение DC очень велико.
Трехфазный полноволновый мостовой выпрямитель используется там, где требуемое количество мощности DC велико, а эффективность трансформатора должна быть высокой. Поскольку выходные сигналы полуволн перекрываются, они обеспечивают низкий процент пульсаций.
В этой схеме выходная пульсация в шесть раз превышает входную частоту. Поскольку процент пульсаций низкий, выходное U (DC) можно использовать без большой фильтрации. Этот тип устройства совместим с трансформаторами, которые соединены звездой или треугольником.
Мостовой тип устройства
Трехфазная мостовая схема выпрямления использует шесть диодов (или тиристоров, если требуется управление). Выходное напряжение характеризуется тремя значениями: минимальным U, средним U и пиковым напряжением.
Полноволновой трехфазный выпрямитель похож на мост Гейца.
Схема полноволнового трехфазного устройства. Обычный трехфазный выпрямитель не использует нейтраль. Для сети 230 В / 400 В между двумя входами выпрямителя. Действительно, между 2 входами всегда есть составное напряжение U (= 400 В).
Неконтролируемое устройство означает, что нельзя отрегулировать среднее выходное U для этого входного U. Неконтролируемое выпрямление использует диоды.
Управляемый выпрямитель позволяет регулировать среднее выходное напряжение, воздействуя на задержки срабатывания тиристора (используется вместо диодов). Эта команда требует сложной электронной схемы. Диод ведёт себя как тиристор, загружаемый без задержки. Выпрямленное напряжение имеет такой вид.
Выходное U трехфазного выходного напряжения. Всего 7 кривых: 6 синусоид и красная кривая, соединяющая верхнюю часть синусоид («синусоидальные шапки»). 6 синусоидов представляют собой 3 напряжения, составляющие U между фазами и 3 одинаковыми напряжениями, но с противоположным знаком:
U31 = -U13U23 = -U32U21 = -U12.
Красная кривая представляет U на выходе выпрямителя, то есть на клеммах резистивной нагрузки. Это U не относится к нейтрали. Она плавает. Это U колеблется между 1,5 В max и 1,732 Вmax (корень из 3).
Umax — пиковое значение одного напряжения и составляет 230×1,414 = 325 В.
Свойства трехфазного напряжения
Кривая, действующая только на резистивной нагрузке, неконтролируемое выпрямление (с диодами), не возвращается на ноль, в отличие от моночастотного устройства (мост Грейца). Таким образом, пульсация значительно ниже и размеры индуктора и / или сглаживающего конденсатора менее ограничительны, чем для моста Гейца.
Для получения ненулевого выходного U требуется по меньшей мере две фазы. Минимальное, максимальное и среднее значение напряжения. Численно, для сети 230 В / 400 В выпрямленное напряжение колеблется между минимальным напряжением: 1,5 В мин = 1,5 х (1,414×230) = 488 В, и максимальным: 1,732 Вмакс = 1,732 х (1,414×230) = 563 В.
Среднее значение трехфазного выпрямленного напряжения: avg = 1,654Vmax = 1,654 x (1,414×230) = 538 В.
Выходное напряжение трехфазного выходного выпрямителя (зум). 3-фазный полноволновый выпрямитель MDS 130A 400V. 5 терминалов: 3 фазы, + и -. Этот выпрямитель содержит 6 диодов.
Таким образом, можно суммировать следующие моменты:
- 6 диодов, 2 диода на фазу — слабая пульсация по сравнению с одноволновым выпрямителем (мост Гейца);
- среднее значение выпрямленного напряжения: 538 В для сети 230 В / 400 В;
- нейтраль не используется трехфазным выпрямителем.
Однофазное полноволновое устройство
На рисунке показаны однофазный полноводной управляемый выпрямитель с нагрузкой R.
Однофазный полностью управляемый выпрямитель позволяет преобразовывать однофазный AC в DC. Обычно это используется в различных приложениях, таких как зарядка аккумулятора, управление скоростью двигателей постоянного тока и передняя часть ИБП (источник бесперебойного питания) и SMPS (источник питания с переключаемым режимом).
Все четыре используемых устройства — тиристоры. Моменты включения этих устройств зависят от пусковых сигналов. Выключение происходит, когда ток через устройство достигает нуля, и он обратный смещён, по крайней мере, на длительность, равную времени выключения устройства, указанного в листе данных:
- В положительных полуциклических тиристорах T1 и T2 стреляют под углом α.
- Когда T1 & T2 проводит Vo = Vs IO = is = Vo / R = Vs / R.
- В отрицательном полупериоде входного напряжения SC3 T3 и T4 запускаются под углом (π + α).
- Здесь выходной ток и ток питания находятся в противоположном направлении. T3 & T4 отключается при 2π.
Работа диодного моста
Он состоит из четырёх диодов, и эта конфигурация подключается через нагрузку.
Во время положительного полупериода входных сигналов диодов D1 и D2 в прямом направлении смещены, а D3 и D4 обращены назад. Когда напряжение, превышающее пороговый уровень диодов D1 и D2, начинает проводиться — ток начинает протекать через него, как показано на рисунке ниже на красной линии.
Во время отрицательного полупериода входного сигнала AC диоды D3 и D4 смещены вперёд, а D1 и D2 обращены в обратном направлении. Ток нагрузки начинает протекать через диоды D3 и D4, когда эти диоды начинают проводить, как показано на рисунке.
В обоих случаях направление тока нагрузки одинаковое, как показано на рисунке одностороннее, что означает DC. Таким образом, при использовании мостового выпрямителя входной ток AC преобразуется в DC. Выход на нагрузке с помощью этого мостового выпрямителя имеет пульсирующий характер, но для получения чистого DC требуется дополнительный фильтр, такой как конденсатор. Такая же операция применима для различных мостовых выпрямителей, но в случае управляемых выпрямителей запускается тиристор, чтобы управлять током для нагрузки.
Режим 1 (от α до π). В положительном полупериоде подаваемого переменного сигнала SC1 T1 и T2 являются прямым смещением и могут быть включены под углом α. Напряжение нагрузки равно положительному мгновенному напряжению питания AC.
Режим 2 (π toπ + α). При wt = π входное питание равно нулю, а после π оно становится отрицательным. Но индуктивность противодействует любым изменениям для поддержания DC нагрузки и в том же направлении.
Из-за этого индуцированного напряжения SC1 T1 и T2 являются передовыми, несмотря на отрицательное напряжение питания. Таким образом, нагрузка действует как источник и запасённая энергия в индуктивности, возвращается обратно в источник AC.
Режим 3 (π + α до 2π). При wt = π + α SCR T3 и T4 включаются и T1, T2 — обратное смещение. Таким образом, процесс проводимости переносится из T1, T2 в T3, T4. При положительном напряжении нагрузки и потреблении энергии тока сохраняется.
Режим 4 (от 2π до 2π + α). При wt = 2π входное напряжение проходит через ноль.
Сравнение однофазного и трехфазных устройств
Однофазный выпрямитель, как правило, менее дорогостоящий, чем трехфазный с одинаковой номинальной мощностью, но это преимущество в затратах становится менее значительным при более высоких нагрузках. Более крупные выпрямители используются в больших системах ИБП, гальванических, электроочистительных и анодирующих установках, больших контроллерах двигателя постоянного тока и т. д.
Любое устройство мощностью более 10 кВт должно иметь трехфазный вход. Кроме того, контроллеры переменного тока с регулируемой частотой, которые напрямую ректифицируют сеть без трансформатора, имеют трехфазный выпрямитель, хотя однофазный вход возможен для двигателей менее 5 кВт.
Ниже приведён список преимуществ трехфазного и однофазного выпрямителей с одинаковой выходной мощностью:
- Входной ток сети ниже и сбалансирован между тремя фазами. Этот баланс важен, если выпрямительная нагрузка является значительной частью общей нагрузки вашего завода.
- Входные гармонические токи меньше и легче подавляются.
- Величина пульсации выхода намного меньше, а частота в 3 раза больше, чем у однофазного выпрямителя. Это значительно облегчает сглаживание с меньшими дросселями и / или конденсаторами.
Средний ток каждого составляет около 67% от значения для однофазного выпрямителя. Поэтому могут использоваться более мелкие устройства и их легче распределять вокруг радиаторов. Для небольших устройств эти преимущества не столь важны. Но для больших выпрямителей (более 10 кВт) они становятся более значительными.
