6.2. Трёхфазный мостовой выпрямитель

Схема выпрямителя (рис. 6.6) состоит из трёхфазного понижающего трансформатора Тр, первичные и вторичные обмотки которого могут быть соединены как «треугольником», так и «звездой». Вентили соединены катодами и образуют катодную группу выпрямителя, а вентили – анодную.

П

Рис. 6.6. Схема трёхфазного мостового выпрямителя

роведем анализ схемы выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке с без учета процессов коммутации (индуктивность рассеяния обмоток трансформатора равна нулю). Диаграммы работы преобразователя представлены на рис. 6.7.

Ток нагрузки протекает через два вентиля разных групп выпрямителя под действием линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора. Контур тока при открытых вентилях показан на рис. 6.6. Из катодной группы в проводящем состоянии находится тот вентиль, положительное напряжение на аноде которого является наибольшим по сравнению с другими вентилями этой группы. Из анодной группы ток нагрузки замыкается через тот вентиль, отрицательное напряжение на катоде которого является наименьшим по сравнению с другими вентилями.

Таким образом, в проводящем состоянии находятся два накрест лежащих вентиля выпрямителя, между которыми действует наибольшее линейное напряжение.

Интервал проводимости вентилей анодной и катодной групп показан в кружках на рис. 6.7, а. Совместная работа вентилей разных групп, например, происходит на интервале , после закрытия на интервале вентиль катодной группы проводит ток с другим вентилем анодной группы и т. д. Аналогично происходит чередование интервалов проводимости вентилей катодной группы. Таким образом, интервал проводимости одного вентиля составляет: , а интервал совместной работы вентилей разных групп составляет . За период сетевого напряжения в схеме выпрямителя происходит шесть переключений вентилей, во время которых образуются шесть пульсаций выпрямленного напряжения, в связи с чем схема получила название шестипульсовой.

Выясним величину и форму выпрямленного напряжения . Оно определяется разностью потенциалов между общими точками соединения вентилей анодной и катодной групп выпрямителя, т. е. .

Рис. 6.7. Диаграммы работы мостового трёхфазного выпрямителя

Кривая формируется из участков положительных полуволн фазных напряжений вторичных обмоток трансформатора при проводимости вентилей катодной группы, а кривая – из участков фазных напряжений отрицательной полярности при проводимости вентилей анодной группы. Графически потенциал представляет огибающую положительных полуволн фазных напряжений, а потенциал – отрицательных полуволн напряжения (рис. 6.7, а). По разности ординат кривых и на рис. 6.7, б построена кривая выпрямленного напряжения , состоящая из участков линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора. Среднее значение выпрямленного напряжения находят как среднее за период заштрихованной площадки напряжения (рис. 6.7, б). Участки кривой описываются уравнением косинусоиды: , где – действующее значение линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

В результате расчета получаем

, (6.18)

где – действующее значение фазного напряжения.

По сравнению со схемой трёхфазного выпрямителя с нулевым выводом выпрямленное напряжение оказалось в два раза выше. Это объясняется тем, что мостовая схема выпрямителя представляет собой два последовательно включенных выпрямителя с нулевым выводом.

При ток нагрузки абсолютно сглажен и показан в виде прямой линии на рис. 6.7, б с ординатой . Поскольку каждый вентиль выпрямителя проводит ток в течение трети периода, среднее значение тока вентиля . Кривые токов вентилей показаны на рис. 6.7, в, г, д, е.

При проводящем состоянии двух вентилей выпрямителя, принадлежащих разным группам, к четырем другим вентилям прикладывается обратное напряжение. Обратное напряжение вентиля представляет собой разность напряжений между его анодом и катодом. Как и в схеме выпрямителя с нулевым выводом, потенциал анода, например, вентиля катодной группы, повторяет форму фазного напряжения . Потенциал катода зависит от проводимости двух других вентилей этой же группы. При проводящем вентиле на катод поступает фазное напряжение , а при работе вентиля – фазное напряжение . Форма обратного напряжения вентиля (рис. 6.7, ж) состоит из отрезков прямых, соединяющих участки фазных напряжений (рис. 6.7, а). Как и в схеме с нулевым выводом, кривая обратного напряжения состоит из отрезков линейных напряжений вторичной обмотки трансформатора, а ее максимальная величина равна амплитуде линейного напряжения .

Кривые токов первичной и вторичной обмоток одной фазы трансформатора определяются токами вентилей, подключенных к этой фазе. Один из вентилей принадлежит анодной, а другой – катодной группе выпрямителя. Кривая тока вторичной обмотки трансформатора (рис. 6.7, з) состоит из токов вентилей , подключенных к фазе А. При коэффициенте трансформации трансформатора ток первичной обмотки повторяет форму тока , т. е. (рис. 6.7, з). Переменные по форме токи имеют вид прямоугольных импульсов с амплитудой на интервале проводимости вентилей и паузой длительностью , во время которой вентили закрыты. В форме токов обмоток трансформатора отсутствуют постоянные составляющие, поэтому в мостовой схеме трёхфазного выпрямителя отсутствует поток вынужденного подмагничивания.

Для расчета мощности выпрямительного трансформатора определим действующие значения напряжений и токов. Действующее значение тока первичной и вторичной обмотки (рис. 6.7, з)

. (6.19)

Интегрирование (6.19) осуществляется на интервале проводимости вентилей; полученный путем интегрирования результат удваивается на основании симметричной формы токов.

При для напряжений в первичной и вторичной обмотки трансформатора справедливо отношение: . Действующее значение напряжения выразим из формулы (6.18) через среднее значение выпрямленного напряжения :

. (6.20)

Расчетные мощности обмоток и равная им расчетная мощность трансформатора определяется выражением

. (6.21)