Caratteristiche e principio di funzionamento del raddrizzatore trifase, circuito raddrizzatore a ponte, dispositivo monofase

L'uso principale dei raddrizzatori consiste nel condurre una sorgente di corrente continua (CC) da una sorgente di corrente alternata (CA). Quasi tutti i dispositivi elettronici richiedono corrente continua, quindi i raddrizzatori trifase vengono utilizzati all'interno degli alimentatori per una gamma molto ampia di apparecchiature elettroniche.

Catena a ciclo completo

È un circuito raddrizzatore che converte la tensione CA in tensione CC. Questi circuiti sono chiamati raddrizzatori a onda intera perché generano un'uscita a ciclo completo.

I vantaggi dei raddrizzatori trifase:

1. A causa del loro basso costo rispetto alla spinta centrale, sono ampiamente utilizzati nella catena di alimentazione.
2. Questo può essere utilizzato per rilevare l'ampiezza di un segnale radio modulato.
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3. I raddrizzatori a ponte possono essere utilizzati per fornire tensione polarizzata per la saldatura.

Circuito raddrizzatore trifase

La maggior parte degli alimentatori industriali per motori elettrici e applicazioni di saldatura utilizza la tensione CA trifase. Ciò significa che il dispositivo per questi circuiti deve utilizzare un ponte trifase che ha sei diodi per fornire la rettifica a onda intera (due diodi per ogni linea di tre fasi). Questa figura mostra un circuito elettrico a ponte raddrizzatore trifase.

Nello schema, l'avvolgimento secondario di un trasformatore trifase sul diodo del dispositivo. 1D, 3D e 5D sono collegati insieme per fornire un punto comune per la potenza di uscita CC negativa. 2D, 4D e 6D sono collegati per fornire un punto comune per un pin di alimentazione di uscita positiva costante.

Circuito elettronico di un raddrizzatore a ponte trifase, dove è collegato all'avvolgimento secondario di un trasformatore trifase. Onde sinusoidali di ingresso trifase (b). Sei semionde per uscita DC. Una buona regola pratica per determinare le connessioni sui dispositivi a diodi è che la tensione di ingresso CA (U) sarà collegata al ponte in cui sono collegati l'anodo e il catodo di due diodi qualsiasi.

Poiché ciò avviene in due punti del ponte, l'ingresso U non ha una polarità definita. Il cavo positivo per l'alimentazione sarà collegato al ponte, dove sono collegati i due catodi dei diodi, e il cavo negativo sarà collegato al ponte e i due anodi dei diodi sono collegati.

Poiché le sei semionde si sovrappongono, la tensione CC non ha possibilità di raggiungere il punto zero della tensione, quindi la tensione di uscita CC media è molto alta.

Il raddrizzatore a ponte a onda intera trifase viene utilizzato dove la quantità richiesta di potenza CC è elevata e l'efficienza del trasformatore deve essere elevata. Poiché i segnali di uscita a semionda si sovrappongono, forniscono una bassa percentuale di ripple.

In questo circuito, l'ondulazione di uscita è sei volte la frequenza di ingresso. Poiché la percentuale di ripple è bassa, l'uscita U (DC) può essere utilizzata senza troppi filtri. Questo tipo di dispositivo è compatibile con trasformatori collegati a stella oa triangolo.

Dispositivo di tipo bridge

Un circuito raddrizzatore a ponte trifase utilizza sei diodi (o tiristori se è richiesto il controllo). La tensione di uscita è caratterizzata da tre valori: U minima, U media e tensione di picco.

Un raddrizzatore trifase a onda intera è simile a un ponte Heitz.

Schema di un dispositivo trifase a onda intera. Il raddrizzatore trifase convenzionale non utilizza il neutro. Per rete 230 V / 400 V tra due ingressi raddrizzatore. Esiste infatti sempre una tensione composita U (= 400 V) tra i 2 ingressi.

Un dispositivo non supervisionato significa che l'uscita media U non può essere regolata per quell'ingresso U. La rettifica incontrollata utilizza diodi.

Il raddrizzatore controllato permette di regolare la tensione media di uscita agendo sui ritardi di risposta dei tiristori (utilizzati al posto dei diodi). Questo comando richiede un complesso circuito elettronico. Il diodo si comporta come un tiristore, caricato senza indugio. La tensione rettificata si presenta così.

L'uscita U è una tensione di uscita trifase. Ci sono 7 curve in totale: 6 sinusoidi e una curva rossa che collega la parte superiore delle sinusoidi ("capsule sinusoidali"). 6 sinusoidi rappresentano 3 tensioni che compongono U tra le fasi e 3 tensioni identiche, ma con segno opposto:

U31 = -U13U23 = -U32U21 = -U12.

La curva rossa rappresenta U all'uscita del raddrizzatore, cioè ai terminali del carico resistivo. Questa U non si applica al neutro. Lei nuota. Questa U varia tra 1,5 V max e 1,732 V max (radice di 3).

Umax è il valore di picco di una tensione ed è 230 × 1,414 = 325 V.

Proprietà di tensione trifase

Una curva che agisce solo su un carico resistivo, raddrizzamento incontrollato (con diodi), non torna a zero, a differenza di un dispositivo monofrequenza (ponte di Greutz). Pertanto, l'ondulazione è molto inferiore e le dimensioni dell'induttore e/o del condensatore di livellamento sono meno restrittive rispetto al ponte di Heitz.

Per ottenere un'uscita U diversa da zero sono necessarie almeno due fasi. Valore di tensione minimo, massimo e medio. Numericamente, per una rete 230 V / 400 V, la tensione raddrizzata oscilla tra la tensione minima: 1,5 V min = 1,5 x (1,414 × 230) = 488 V, e la massima: 1,732 Vmax = 1,732 x (1,414 × 230) = 563 V.

Valore medio della tensione trifase raddrizzata: avg = 1.654Vmax = 1.654 x (1.414 × 230) = 538 V.

Tensione di uscita del raddrizzatore di uscita trifase (zoom). Raddrizzatore trifase ad onda intera MDS 130A 400V. 5 terminali: 3 fasi, + e -. Questo raddrizzatore contiene 6 diodi.

Si possono quindi riassumere i seguenti punti:

• 6 diodi, 2 diodi per fase - ripple debole rispetto a un raddrizzatore a onda singola (ponte Heitz);
• valore medio della tensione raddrizzata: 538 V per rete 230 V / 400 V;
• il neutro non è utilizzato dal raddrizzatore trifase.

Dispositivo monofase a onda intera

La figura mostra un raddrizzatore monofase controllato a piena portata con carico R.

Il raddrizzatore completamente controllato monofase consente la conversione da CA monofase a CC. È comunemente usato in varie applicazioni come la ricarica della batteria, il controllo della velocità del motore Alimentazione CC e parte anteriore dell'UPS (gruppo di continuità) e SMPS (alimentatore commutabile) modalità).

Tutti e quattro i dispositivi utilizzati sono tiristori. I tempi di commutazione di questi dispositivi dipendono dai segnali di avvio. Lo spegnimento avviene quando la corrente attraverso il dispositivo raggiunge lo zero e viene polarizzata inversamente per almeno una durata pari al tempo di spegnimento del dispositivo indicato sulla scheda tecnica:

• Nei tiristori semiciclici positivi T1 e T2, si attivano con un angolo α.
• Quando T1 e T2 conducono Vo = Vs IO = is = Vo / R = Vs / R.
• Nel semiciclo negativo della tensione di ingresso SC3, T3 e T4 vengono attivati ​​con un angolo (π + α).
• Qui, la corrente di uscita e la corrente di alimentazione sono nella direzione opposta. T3 e T4 si spengono a 2π.

Funzionamento del ponte a diodi

Consiste di quattro diodi e questa configurazione è collegata tramite il carico.

Durante il semiciclo positivo, gli ingressi dei diodi D1 e D2 sono polarizzati direttamente e D3 e D4 sono polarizzati inversamente. Quando una tensione che supera il livello di soglia dei diodi D1 e D2 inizia a condurre, la corrente inizia a fluire attraverso di essa, come mostrato nella figura sottostante sulla linea rossa.

Durante il semiciclo negativo dell'ingresso CA, i diodi D3 e D4 sono polarizzati direttamente e D1 e D2 sono invertiti. La corrente di carico inizia a fluire attraverso i diodi D3 e D4 quando questi diodi iniziano a condurre, come mostrato in figura.

In entrambi i casi, la direzione della corrente di carico è la stessa, come mostrato nella figura unilaterale, che significa DC. Pertanto, quando si utilizza un raddrizzatore a ponte, la corrente di ingresso CA viene convertita in CC. L'uscita al carico con questo raddrizzatore a ponte è pulsante, ma la pura CC richiede un filtro aggiuntivo come un condensatore. La stessa operazione è applicabile per vari raddrizzatori a ponte, ma nel caso di raddrizzatori controllati, viene attivato un tiristore per controllare la corrente per il carico.

Modalità 1 (da α a π). Nel semiciclo positivo del segnale AC applicato, T1 e T2 sono polarizzati direttamente e possono essere accesi con un angolo α. La tensione di carico è uguale alla tensione di alimentazione AC istantanea positiva.

Modalità 2 (da a + α). Quando wt = π, la potenza in ingresso è zero e dopo π diventa negativa. Ma l'induttanza contrasta qualsiasi cambiamento per mantenere il carico DC nella stessa direzione.

A causa di questa tensione indotta di SC1, T1 e T2 vengono anticipati nonostante la tensione di alimentazione negativa. Pertanto, il carico funge da sorgente e l'energia immagazzinata nell'induttore viene restituita alla sorgente CA.

Modalità 3 (π + α fino a 2π). A wt = π + α SCR T3 e T4 si accendono e T1, T2 - polarizzazione inversa. Pertanto, il processo di conduzione viene trasferito da T1, T2 a T3, T4. Con una tensione di carico e un consumo di energia positivi, la corrente viene mantenuta.

Modo 4 (da 2π a 2π + α). A wt = 2π, la tensione di ingresso passa per zero.

Confronto tra dispositivi monofase e trifase

Un raddrizzatore monofase è generalmente meno costoso di un raddrizzatore trifase della stessa potenza nominale, ma questo vantaggio di costo diventa meno significativo a carichi più elevati. I raddrizzatori più grandi sono utilizzati in grandi sistemi UPS, impianti di galvanica, elettropulizia e anodizzazione, controller di motori CC di grandi dimensioni, ecc.

Qualsiasi dispositivo superiore a 10 kW deve avere un ingresso trifase. Inoltre, regolatori CA a frequenza variabile che raddrizzano direttamente la rete senza trasformatore, hanno un raddrizzatore trifase, anche se l'ingresso monofase è possibile per motori inferiori a 5 chilowatt.

Di seguito è riportato un elenco dei vantaggi dei raddrizzatori trifase e monofase con la stessa potenza di uscita:

1. La corrente in ingresso di rete è minore e bilanciata tra le tre fasi. Questo equilibrio è importante se il carico del raddrizzatore è una parte significativa del carico totale del tuo impianto.
2. Le correnti armoniche in ingresso sono più piccole e più facilmente soppresse.
3. L'ondulazione in uscita è molto inferiore e la frequenza è 3 volte quella di un raddrizzatore monofase. Questo rende il livellamento molto più facile con induttanze e/o condensatori più piccoli.

La corrente media di ciascuno è circa il 67% del valore per un raddrizzatore monofase. Pertanto, è possibile utilizzare dispositivi più piccoli e più facili da distribuire attorno ai radiatori. Per i piccoli dispositivi, questi vantaggi non sono così importanti. Ma per i raddrizzatori di grandi dimensioni (oltre 10 kW), diventano più significativi.