Трехфазная мостовая схема выпрямления
(схема Ларионова)
Рисунок 1 – Трехфазная мостовая схема выпрямителя
Трехфазная мостовая схема в настоящее время нашла наиболее широкое применение. Это связано с тем, что она имеет лучшие технико-экономические показатели по сравнению с другими схемами.
Хорошее качество выпрямленного напряжения такое же, как и в шестифазной схеме выпрямления со средней точкой, достигается применением шести вентилей, но выпрямитель при этом работает с одной трехфазной обмоткой. То есть, при необходимости можно работать без трансформатора, непосредственно от трехфазной сети переменного тока. Мостовая схема может быть представлена двумя трехфазными схемами со средним выводом включенными последовательно. Первый выпрямитель (1) собран на тиристорах VS1, VS3, VS5 – которые объединены в катодную группу. Второй выпрямитель (2) – VS2, VS4, VS6 они объединены в анодную группу.
При последовательном включении выпрямителей выпрямленное напряжение удваивается :
Ud0=Ud0I+Ud0II ,
кроме этого, при последовательном включении исключаются уравнительные токи – ненужен уравнительный реактор.
Трехфазная вентильная схема (схема Ларионова)
к оглавлению
Вентили 1,3,5 образуют катодную, а вентили 2,4,6 анодную группы (рис.1). Из катодной группы ток пропускает тот вентиль, к аноду которого подводится большее положительное напряжение.
Замечание
.
Следует отметить, что нумерация вентилей в данной схеме носит не случайный характер, а соответствует порядку их вступления в работу при условии соблюдения фазировки трансформатора (рис.1).
Рис.1. Трехфазная двухтактная вентильная схема
В любом промежутке времени должны быть включены два вентиля один из катодной, а другой из анодной группы. Поочередная работа различных пар вентилей в схеме приводит к появлению на сопротивлении выпрямленного напряжения, состоящего из частей линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора (ось 2 на рис.2) [1, 2].
Из рис.2 (оси 1 и 2) видно, что моменты коммутации совпадают с моментами прохождения через нуль линейных напряжений (когда равны два фазных напряжения).
В промежутке (0-01) наибольшее положительное значение имеет напряжение , подаваемое к аноду вентиля 1, а наибольшее отрицательное значение напряжение , подводимое к катоду вентиля 6. Следовательно, в этом промежутке одновременно включены вентили 1 и 6. Через вентиль 1 положительное напряжение подводится к нижнему зажиму, а через вентиль 6 отрицательное напряжение подводится к верхнему зажиму сопротивления . Поэтому выпрямленное напряжение
.
Рис.2. Кривые токов и напряжения при
В точке 01 напряжение , поэтому из анодной группы включается вентиль 2. Так как правее точки 01 напряжение имеет наибольшее отрицательное значение, вентиль 6 выключается. В промежутке (01-02) одновременно включены вентили 1 и 2 и выпрямленное напряжение
.
Очевидно, что амплитуда выпрямленного напряжения
.
К каждому закрытому вентилю приложено линейное напряжение, поэтому амплитуда обратного напряжения
.
Число пульсаций выпрямленного напряжения .
Постоянная составляющая выпрямленного напряжения (среднее значение) вычисляется для интервала повторяемости выпрямленного напряжения, равного :
| (1) |
где действующее значение фазного напряжения вторичных обмоток трансформатора.
Действующее значение тока вторичной обмотки (ось 6)
| , | (2) |
Действующее значение тока первичной обмотки
| (3) |
Максимальное значение тока вентиля
| (4) |
Среднее значение тока вентиля
| (5) |
Действующее значение тока вентиля
| (6) |
Пусть угол управления . В трехфазной мостовой схеме на управляемых вентилях отпирающие импульсы поступают с задержкой на угол относительно нулей линейных напряжений или моментов пересечения синусоид фазных напряжений (рис.3).
В результате задержки моментов коммутации тиристоров на угол среднее значение выпрямленного напряжения, образованного из соответствующих частей линейных напряжений, снижается.
До тех пор, пока кривая мгновенных значений выпрямленного напряжения остается выше нуля, что соответствует диапазону изменения угла управления , выпрямленный ток будет непрерывным вне зависимости от характера нагрузки. Поэтому при углах среднее значение выпрямленного напряжения для активной и активно-индуктивной нагрузки будет равно
| (7) |
При углах и активной нагрузке в напряжении и токе появляются интервалы с нулевым значением (рис.4), т.е. наступает режим работы с прерывистым выпрямленным током.
Среднее значение выпрямленного напряжения для этого случая может быть выражено следующим образом:
| (8) |
где
.
Рис.3. Диаграммы токов и напряжений при углах
Замечание.
В режиме с прерывистым током для обеспечения работы данной схемы, а также для ее первоначального запуска на вентили схемы следует подавать
сдвоенные
отпирающие импульсы с интервалом или одиночные, но с длительностью, большей, чем . Это объясняется тем, что для образования замкнутой цепи протекания тока id необходимо обеспечить одновременное включение вентиля анодной группы и вентиля катодной группы.
Рис.4. Диаграммы напряжений при углах и
При изменении угла от 0 до регулировочная характеристика для активной и активно-индуктивной нагрузки описывается формулой
.
При активно-индуктивной нагрузкке и углах , если или отношение таково, что обеспечивается режим непрерывного тока , среднее значение выпрямленного напряжения также определяется по формуле
.
При среднее значение становится равным нулю, значит, это соответствует равенству площадей положительного и отрицательного участков кривой выпрямленного напряжения, что свидетельствует об отсутствии в нем постоянной составляющей (кривая 2 на рис.5).
Начиная с угла при активной
нагрузке регулировочная характеристика описывается формулой (кривая 1 на рис.5)
.
Рис.5. Регулировочные характеристики: 1 при активной нагрузке; 2 при активно-индуктивной нагрузке
Заштрихованная область на рис.5 соответствует семейству регулировочных характеристик в режиме с прерывистым током id при различных значениях .
Примем индуктивность настолько большой, что ток нагрузки до момента отпирания следующего вентиля не успевает пройти через нуль. Когда ток через нуль не проходит, он нарастает от интервала к интервалу и устанавливается в течение ряда периодов (обычно трех, четырех).
В трехфазной мостовой схеме к нагрузке подключено напряжение
,
где , а угол естественного включения вентилей при составляет .
Ток через нагрузку определяется дифференциальным уравнением
| (9) |
Общий интеграл решения уравнения (9)
| (10) |
где ; — угол нагрузки; — постоянная времени цепи нагрузки; постоянная интегрирования, определяемая в каждом конкретном случае из начальных условий.
Для определения тока в любом интервале времени удобно воспользоваться разностными уравнениями.
В общем случае к нагрузке может быть подключено напряжение с противо ЭДС
,
где противо-ЭДС, например, аккумуляторная батарея или якорь двигателя постоянного тока. При воздействии противо-ЭДС можно получить режим прерывистых токов, где уравнения (9) и (10) недействительны.
ЛИТЕРАТУРА
2. Архангельский Н.Л., Курнышев Б.С., Литвинский А.Н
. Характеристики и защита полупроводниковых преобразователей/ Иван. гос. энерг. ун-т. Иваново, 2000. 96 с.
Контрольные вопросы
1. Какое из напряжений фазное или линейное влияет на выпрямленную форму напряжения?
2. От какой точки напряжений отсчитывается угол открытия вентилей и какова его максимальная величина?
3. При каких углах ? выпрямленный ток будет непрерывен вне зависимости от характера нагрузки?
4. Почему для запуска мостовой схемы выпрямления следует подавать сдвоенные отпирающие импульсы с интервалом ?
5. Найти среднее и экстремальные значения выпрямленного напряжения, если известно, что , .
Ответ:
297 В; 306 В 266 В.
6. Найти действующее значение тока вторичной и первичной обмоток силового согласующего трансформатора, если известно, что , , .
Ответ:
16.1 А, 9.15 А.
7. Найти максимальное, среднее и действующее значения токов вентилей, если известно, что , , , .
Ответ:
, , .
8. Найти максимальный угол управления для мостовой трехфазной схемы с нагрузкой .
Ответ:
.
к оглавлению
Знаете ли Вы,
что электромагнитное и другие поля есть различные типы колебаний, деформаций и вариаций давления в эфире. Понятие же «физического вакуума» в релятивистской квантовой теории поля подразумевает, что во-первых, он не имеет физической природы, в нем лишь виртуальные частицы у которых нет физической системы отсчета, это «фантомы», во-вторых, «физический вакуум» — это наинизшее состояние поля, «нуль-точка», что противоречит реальным фактам, так как, на самом деле, вся энергия материи содержится в эфире и нет иной энергии и иного носителя полей и вещества кроме самого эфира. В отличие от лукавого понятия «физический вакуум», как бы совместимого с релятивизмом, понятие «эфир» подразумевает наличие базового уровня всей физической материи, имеющего как собственную систему отсчета (обнаруживаемую экспериментально, например, через фоновое космичекое излучение, — тепловое излучение самого эфира), так и являющимся носителем 100% энергии вселенной, а не «нуль-точкой» или «остаточными», «нулевыми колебаниями пространства». Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
Как проверить диодный мост
1-ый способ.
Как вы теперь знаете, однофазный диодный мост состоит из 4 диодов. Для того, чтобы узнать их расположение, мы должны скачать даташит на данный диод и посмотреть, как расположены диоды в данном диодном мосте. Например, для моего моста GBU6K диоды расположены вот так.
То есть все, что мне надо сделать — это просто прозвонить каждый диод с помощью мультиметра. Как это сделать, я писал еще в этой статье.
Второй способ.
Он же 100%. Но для этого потребуется осциллограф, ЛАТР или понижающий трансформатор, а также резистор, желательно 5-10 КОм. После того, как мы нашли его расположение выводов, на «+» и «-» припаиваем резистор 5-10 КОм. С этих же выводов снимаем осциллограмму.
То есть все должно выглядеть вот так.
Смотрим осциллограмму
Значит, диодный мост исправен.
Принцип работы диодного моста
Диод в цепи переменного напряжения
Итак, в статье про диод мы рассматривал, что будет на выходе диода, если подать на него переменный ток. Для этого мы даже собирали вот такую схему, где G — это синусоидальный генератор. С клемм X1 и X2 уже снимали сигнал.
Мы на диод подавали переменное напряжение.
А на выходе после диода получали уже вот такой сигнал.
То есть у нас получилось вот так.
Да, мы получили постоянный ток из переменного, но стоило ли это того? В этом случае у нас получился постоянный пульсирующий ток, где половина мощности сигнала была вообще вырезана.
Как работает диодный мост в теории
Как вы знаете, переменный ток меняет свое направление несколько раз в секунду. Поэтому, его можно разбить на положительные полуволны и отрицательные полуволны. Положительные полуволны я пометил красным, а отрицательные — синим.
Для того, чтобы диодный мост работал, ему нужна какая-либо нагрузка. Пусть это будет резистор. Следовательно, когда на диодный мост приходит положительная полуволна, протекание тока через него будет выглядеть вот так.
Как вы видите, при положительной полуволне не задействованы диоды, которые я показал штриховой линией.
После положительной полуволны приходит отрицательная полуволна, и в этом случае протекание тока в диодном мосте выглядит так.
В этом случае, диоды, которые работали при положительной полуволне, при отрицательной полуволне они отдыхают). Эстафету принимает на себя другая пара диодов. Можно даже сказать, что в диодном мосте они работают попарно. Одна пара диодов работает на положительную полуволну, а другая пара — на отрицательную.
Обратите внимание на нагрузку. На нее всегда приходит одна и та же полярность тока при любом стечении обстоятельств.
Работа диодного моста на практике
Давайте и мы посмотрим, что получается на выходе диодного моста, если подать на него переменное напряжение. Для этого возьмем 4 простых кремниевых диода и соединим их в диодный мост. Важно, чтобы диоды были одной марки.
На вход диодного моста будем подавать переменное напряжение, и посмотрим, что у нас получается на выходе.
Итак, на вход я подаю вот такой сигнал.
На выходе получаю постоянное пульсирующее напряжение.
Здесь мы видим, что отрицательная полуволна в диодном мосте не срезается, а превращается в положительную. Мощность сигнала при этом не теряется, так как отрицательная полуволна просто инвертируется в положительную полуволну. Ну разве не чудо?
Наблюдательный читатель также может заметить, что амплитуда сигнала чуть-чуть просела. Если мы на вход подавали синусоидальный сигнал с амплитудой в 6 Вольт, то на выходе диодного моста имеем чуть меньше 6 Вольт, а точнее где-то 4,8 Вольта. Почему так произошло? Дело все в том, что на кремниевом диоде падает напряжение 0,6-0,7 Вольт. Так как переменное напряжение проходит через 2 диода при каждой полуволне, то на каждом диоде падает по 0,6 Вольт. 2×0,6=1,2 Вольта. 6-1,2=4,8 Вольта.
Теперь можно с гордостью нарисовать рисунок.
Характеристики диодного моста
Как мы уже с вами разобрали, в электронике встречаются диодные мосты в разных корпусах и имеют разные габариты.
Почему так? Дело в том, что каждый диодный мост обладает какими-то своими характеристиками, о которых мы и поговорим в этой главе.
Чтобы далеко не ходить, давайте рассмотрим диодный мост GBU6K и рассмотрим на его примере, как читать характеристики.
Для того, чтобы понять, что это за фрукт и с чем его едят, надо скачать на него техническое описание (даташит). Вот ссылка на этот диодный мост. Ниже рассмотрим основные характеристики диодного моста, которых будет достаточно для рядового электронщика.
Распиновка и корпус
Итак, на главной странице мы видим распиновку выводов. Распиновка — это какие выводы за что отвечают и как правильно их соединять с внешней цепью.
Как вы видите, на средний выводы подаем переменное напряжение, а с крайних выводов снимаем постоянное напряжение. Также на рисунке показано, как соединяются диоды в этом диодном мосте. Нам эта информация еще очень пригодится.
Чуть ниже мы видим вот такую табличку, которая показывает нам самые главные первичные характеристики.
Package — тип корпуса. Корпуса GBU выглядят вот так.
Максимальный ток
Итак, с этим разобрались. Далее следующий параметр. IF(AV) — максимальный ток, который может «протащить» через себя этот диодный мост. В даташите есть таблички и графики, какие условия должны соблюдаться, чтобы мост смог протащить через себя этот ток без вреда для своего здоровья.
Поэтому, диодные мосты в больших металлических корпусах способны «протащить» через себя очень большую силу тока. Если же маленький диодный мост вставить в какой-нибудь мощный блок питания, то скорее всего он просто-напросто сгорит.
В промышленности в силовой электронике стараются использовать диодные моста большой мощности, например, вот такой диодный мост может «протащить» через себя силу тока в 50 Ампер.
Максимальное пиковое обратное напряжение
Грубо говоря, это обратное напряжение диода. Если его превысить, то произойдет пробой и диоду, а следовательно и диодному мосту, придет «кирдык». Этому параметру также следует уделять внимание, когда вы будете выпрямлять сетевое напряжение. Если вы будете подавать на диодный мост 220 Вольт, то его пиковое значение будет составлять 310 Вольт (220 × √2). Так как у меня диодный мост GBU6K, то надо смотреть табличку ниже. Как вы видите, пиковое обратное напряжение диодов составляет 800 Вольт. Значит, такой диодный мост вполне подойдет для выпрямления сетевого напряжения.
Что такое диодный мост
Словосочетание «диодный мост» образуется от слова «диод«. Значит, диодный мост — это радиодеталь, которая состоит из диодов. Здесь очень важно то, как соединены эти диоды, иначе диодный мост превратится просто в кучку из диодов.
Диод на электрических схемах обозначается вот так.
Самый простой диодный мост состоит из 4 диодов, которые соединяются вот так.
Эта рисунок также является самой распространенным обозначением диодного моста на электрических схемах.
Упрощенный вариант выглядит вот так.
Можно увидеть на схемах даже что-то типа этого.
Для правильной эксплуатации диодного моста, мы должны его правильно подсоединить. Правильное подключение диодного моста выглядит таким образом.
Как вы видите, на вход диодного моста мы подаем переменное напряжение, а на выходе диодного моста снимаем постоянное напряжение. Отсюда можно сделать вывод:
Диодный мост используется в схемах для того, чтобы получить из переменного тока постоянный ток.
Видео на тему: Что такое диодный мост:
