Схемы включения мощных преобразователей постоянного тока

Построение преобразователей большой мощности производится по тому же принципу что и маломощных. Существенная разница заключается лишь в том, что при питании преобразователей большой мощности осуществляется от трехфазных цепей переменного тока. Это обусловлено лучшими энергетическими показателями трехфазной сети по сравнению с однофазной для выпрямителей.

Трехфазная нулевая схема

Давайте начнем знакомство с мощными выпрямителями с трехфазной нулевой схемой включения. Она показана ниже:

Трехфазная нулевая схема включения выпрямителя

При данном типе включения ток будет проходить только через ту  вторичную обмотку, на которой напряжение будет наибольшим в данный момент. Если допустить что диоды идеальные, то падение напряжения на них равно нулю, а это значит что при работе фазы с наибольшим напряжением на катоде положительный потенциал будет приложен к анодам других диодов, что делает физически невозможным протекания тока через них. Поэтому в каждый промежуток времени в течении 1электрических градусов будет работать только одна из фаз и выпрямленное напряжение будет иметь вид верхушек синусоид с трехфазными пульсациями. Таким образом у такого типа выпрямителя пульсность равна трем – m=3.

Трехфазная нулевая схема выходное напряжение

Коэффициент пульсаций для данного случая будет равен 2 . Это значит что коэффициент пульсаций для данной схемы значительно ниже чем для однофазной, где он равен 0,67.

Среднее значение выпрямленного напряжения будет равно:

3

Откуда можем получить:

4

Схема соединения «зигзаг»

Значительным недостатком трехфазных нулевых схем является то, что сердечник магнитопровода при его работе будет намагничен постоянным магнитным потоком, в следствии чего в каждой вторичной обмотке будет протекать ток, направленный только в одну сторону. Это довольно сильно ухудшает работу трансформатора и требует завышения поперечного сечения сердечника. Чтобы избежать этого недостатка вторичную обмотку трансформатора могут выполнять по так называемой схеме «зигзаг». Она приведена ниже:

Схема соединения обмоток в зигзаг

При таком соединении ток каждой фазы проходит по двум обмоткам, которые принадлежат различным сердечникам и соединены таким образом, что в каждом сердечнике магнитные потоки направлены встречно и уничтожают друг друга. Но при этом вторичное напряжение формируется двумя обмотками, как указано на векторной диаграмме:

Векторная диаграмма при соединении в зигзаг

Алгебраическая сумма напряжений которых в 5больше той, которая прикладывается к диодам. Такое соединение приводит к увеличению мощности трансформатора и усложняет его изготовление.

Схема Ларионова или мостовая схема

Можно сделать вывод что ни нулевая схема соединения, ни зигзаг не есть достаточно универсальными схемами и обладают достаточно весомыми недостатками. Поэтому более совершенной как в выпрямителях однофазных, так и трехфазных стала схема Ларионова или как ее еще называют мостовая схема, которая показана ниже:

Схема Ларионова

В мощных выпрямителях нагрузка как правило носит индуктивный характер из – за применения сглаживающих дросселей. При этом ток почти полностью сглажен:График работы схемы Ларионова

Как видим из диаграммы ток в нагрузке будет проходить под действием линейного напряжения вторичных обмоток трансформатора последовательно через два диода моста. При этом обмотка каждой из фаз будет работать последовательно с обмоткой той фазы, по отношению к которой линейное напряжение будет в данный момент самым большим. Как мы можем убедится из диаграммы приведенной выше, что эти условия для прохождения тока будут повторятся шесть раз за период, то есть данная схема будет иметь шестифазные пульсации (m=6) с амплитудой 7. Каждая из вторичных обмоток трансформатора будет проводить ток треть периода в обеих направлениях. Таким образом токи вторичных напряжений изменяются и намагничивание сердечника постоянным магнитным потоком отсутствует. Токи первичной обмотки повторяют действия вторичной с учетом коэффициента трансформации.

Рассмотрим более подробно показатели этой системы:

  • Действующее напряжение вторичной обмотки:

Поскольку амплитуда выпрямленного напряжения равна 7, а m=6 :

6

8

  • Коэффициент трансформации будет иметь вид:

9

  • Среднее значение выпрямленного тока: Id (допускаем что ток полностью сглажен)
  • Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора:

10

  • Действующее значения тока первичной обмотки:

11

  • Мощность трансформатора:

12

13

14

  • Коэффициент пульсаций:

15

  • Средний ток диодов:

Ток вентиля при трехфазной мостовой схеме

  • Наибольшее обратное напряжение на диоде:

Для каждого диода, как и в нулевой схеме, приложенное линейное напряжение 16. Но соответственно к выпрямленному напряжению Ud в этом случае:

17

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *