1.4.4. Трехфазные выпрямители

Большое разнообразие схем трехфазных выпрямителей обусловлено различными способами соединения обмоток трансформатора. От этого зависит коэффициент пульса­ции выпрямленного напряжения, компенсация МДС магнитопровода и другие показатели.

Схема трехфазного однополупериодного выпрямителя приведена на рис. 1.9, а. Первичная обмотка состоит из трех катушек. Их соединяют по схеме звезда или треугольник. Вторичная обмотка включе­на по схеме звезда с выводом от общей точки концов катушек 0. Каждый из трех вентилей VD1 – VD3 одним своим электродом (на рисунке – анодом) соединен с началом катушки, а вторым (катодом) – с общей точкой 0'. При та­ком соединении вентилей точка 0' будет иметь положи­тельный потенциал относительно точки 0. Полярность изменится, если вентили перевернуть. Нагрузка R_Н вклю­чена между узлами 0 и 0'. Однополупериодным выпря­митель называется потому, что каждый из фазных токов I_Ф протекает один раз за период через каждый из венти­лей и нагрузку.

Рис.1.9. Трехфазный однополупериодный выпрямитель (а) и вре­менные диаграммы выпрямления (б, в)

Временные диаграммы напряжения вторичной обмотки трансформатора даны на рис.1.9, б. Вентили по­очередно работают в течение одной третьей части перио­да, причем ток течет по тому из вентилей, на котором в данную треть периода потенциал анода выше, чем на двух дру­гих вентилях. Графики выпрямленных напряжения и тока в нагрузке показаны на рис.1.9, в. Здесь вентиль VD1 становится проводящим с момента, когда напряжение на его аноде (в фазе А) станет больше идущего на убыль напряжения в фазе С (точка 1). После этого вентиль VD2 ра­ботает (пропуская ток) в продолжение 1/3 части периода (120°), пока напряжение на его аноде превышает возрастающее напряжение в фазе В. Когда эти напряжения сравняются по величине (точка 2), вентиль VD1 запирает­ся, а вентиль VD2 включается в работу и т. д. Ток венти­лей I_Ф определяется напряжением в фазах вторичной обмотки U_2Ф. Токи всех вентилей протекают через нагрузку в одном направлении. Положительным полюсом являет­ся точка, общая для всех катодов (узел 0'). Среднее значение выпрямленного напряжения трех­фазного выпрямителя определяется, как и в случае од­нофазных выпрямителей, но интегрирование мгновенно­го значения осуществляется в пределах 1/3 части пери­ода:

.

Выпрямленный ток, являющийся суммарным током всех поочередно действующих фаз выпрямителя, по фор­ме напоминает огибающую фазных ЭДС:

.

Действующие напряжение и ток вторичной обмотки равны соответственно:

; .

Типовая расчетная мощность трансформатора

.

Коэффициент пульсаций в многофазных выпрямите­лях определяется по формуле q = U_1Г/U_d = 2 / (m² - 1), где m – число фаз выпрямителя. Для трехфазного однополупериодного выпрямителя q = 2/(3²–1) = 0,25.

Оценку наиболее распространенных схем выпрямления при ак­тивной нагрузке можно осуществить, сравнивая их электрические па­раметры, сведенные в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Параметры схем выпрямления

Схемы выпрямления	q	UОБР/Ud	I2/Id	ST/Pd	η=pd/s
Однополупериодная одно­фазная Двухполупериодная с вы­водом от среднего витка Однофазная мостовая Трехфазная однополупери-одная Трехфазная мостовая	1,57 0,667 0,667 0,25 0,057	3,14 3,14 1,57 2,09 1,05	1,57 0,78 1,11 0,58 0,82	3,5 1,48 1,23 1,35 1,05	0,4 0,8 0,8 0,97 0,99

Если принять за критерий коэффици­ент пульсаций q, то преимущество имеют трехфазные схемы, обес­печивающие наименьшую пульсацию. В этих выпрямителях можно применять менее сложные сглаживающие фильтры, чем в других выпрямителях. Очень важным критерием является обратное напря­жение на вентилях – в мостовых схемах (однофазной и трехфазной) вентили работают при наименьших обратных напряжениях. Сечение провода вторичной обмотки трансформатора зависит от действующе­го значения тока I₂. Этот ток меньше в однополупериодных схемах и больше в мостовых двухполупериодных.