Cechy i zasada działania prostownika trójfazowego, obwód prostownika mostkowego, urządzenie jednofazowe

Podstawowym zastosowaniem prostowników jest doprowadzenie źródła prądu stałego (DC) ze źródła prądu zmiennego (AC). Prawie wszystkie urządzenia elektroniczne wymagają prądu stałego, dlatego prostowniki trójfazowe są stosowane wewnątrz zasilaczy do bardzo szerokiej gamy urządzeń elektronicznych.

Pełny łańcuch cyklu

Jest to obwód prostownika, który przekształca napięcie AC na napięcie DC. Obwody te nazywane są prostownikami pełnookresowymi, ponieważ generują wyjście pełnego cyklu.

Zalety prostowników trójfazowych:

1. Ze względu na niski koszt w porównaniu z wypychaniem centralnym są one szeroko stosowane w łańcuchu zasilania.
2. Może to służyć do wykrywania amplitudy modulowanego sygnału radiowego.
3. Prostowniki mostkowe mogą służyć do dostarczania spolaryzowanego napięcia do spawania.

Obwód prostownika trójfazowego

Większość przemysłowych zasilaczy do silników elektrycznych i zastosowań spawalniczych wykorzystuje trójfazowe napięcie prądu przemiennego. Oznacza to, że urządzenie do tych obwodów musi używać trójfazowego mostka, który ma sześć diod, aby zapewnić prostowanie pełnookresowe (dwie diody na każdą linię trzech faz). Ten rysunek przedstawia elektryczny trójfazowy obwód mostka prostowniczego.

Na schemacie uzwojenie wtórne transformatora trójfazowego na diodzie urządzenia. 1D, 3D i 5D są ze sobą połączone, aby zapewnić wspólny punkt dla ujemnej mocy wyjściowej DC. 2D, 4D i 6D są połączone, aby zapewnić wspólny punkt dla stałego dodatniego pinu mocy wyjściowej.

Obwód elektroniczny trójfazowego prostownika mostkowego, gdzie jest podłączony do uzwojenia wtórnego transformatora trójfazowego. Wejściowe fale sinusoidalne trójfazowe (b). Sześć półfal dla wyjścia DC. Dobrą zasadą określającą połączenia w urządzeniach diodowych jest to, że napięcie wejściowe prądu przemiennego (U) zostanie podłączone do mostka, do którego podłączone są anoda i katoda dowolnych dwóch diod.

Ponieważ dzieje się to w dwóch punktach mostka, wejście U nie ma określonej polaryzacji. Dodatni przewód zasilacza zostanie podłączony do mostka, w którym połączone są dwie katody diod, a ujemny przewód do mostka i dwie anody diod.

Ponieważ sześć półfal nakłada się na siebie, napięcie DC nie ma szans na osiągnięcie punktu zerowego napięcia, więc średnie napięcie wyjściowe DC jest bardzo wysokie.

Trójfazowy pełnookresowy prostownik mostkowy jest stosowany tam, gdzie wymagana jest duża moc prądu stałego, a sprawność transformatora musi być wysoka. Ponieważ sygnały wyjściowe półfalowe nakładają się, zapewniają niski procent tętnień.

W tym obwodzie tętnienie wyjściowe jest sześciokrotnością częstotliwości wejściowej. Ponieważ procent tętnień jest niski, wyjście U (DC) może być używane bez większego filtrowania. Ten typ urządzenia jest kompatybilny z transformatorami połączonymi w gwiazdę lub trójkąt.

Urządzenie typu mostkowego

Trójfazowy obwód prostownika mostkowego wykorzystuje sześć diod (lub tyrystorów, jeśli wymagane jest sterowanie). Napięcie wyjściowe charakteryzuje się trzema wartościami: minimalnym U, średnim U i szczytowym napięciem.

Pełnofalowy prostownik trójfazowy jest podobny do mostka Heitza.

Schemat pełnofalowego urządzenia trójfazowego. Konwencjonalny prostownik trójfazowy nie używa przewodu neutralnego. Do sieci 230 V / 400 V pomiędzy dwoma wejściami prostownika. Rzeczywiście, pomiędzy dwoma wejściami zawsze występuje napięcie kompozytowe U (= 400 V).

Urządzenie nienadzorowane oznacza, że ​​średnie wyjście U dla tego wejścia U nie może być regulowane. Niekontrolowane prostowanie wykorzystuje diody.

Sterowany prostownik pozwala regulować średnie napięcie wyjściowe poprzez oddziaływanie na opóźnienia odpowiedzi tyrystora (stosowane zamiast diod). To polecenie wymaga złożonego obwodu elektronicznego. Dioda zachowuje się jak tyrystor, ładowany bez zwłoki. Wyprostowane napięcie wygląda tak.

Wyjście U to trójfazowe napięcie wyjściowe. W sumie jest 7 krzywych: 6 sinusoid i czerwona krzywa łącząca górną część sinusoid („czapki sinusoidalne”). 6 sinusoid reprezentuje 3 napięcia, które składają się na U między fazami i 3 identyczne napięcia, ale o przeciwnym znaku:

U31 = -U13U23 = -U32U21 = -U12.

Czerwona krzywa reprezentuje U na wyjściu prostownika, czyli na zaciskach obciążenia rezystancyjnego. To U nie dotyczy neutralnego. Ona pływa. To U mieści się w zakresie od 1,5 V maks. do 1,732 V maks. (pierwiastek z 3).

Umax jest wartością szczytową jednego napięcia i wynosi 230 × 1,414 = 325 V.

Właściwości napięcia trójfazowego

Krzywa działająca tylko na obciążenie rezystancyjne, niekontrolowane prostowanie (z diodami), nie wraca do zera, w przeciwieństwie do urządzenia jednoczęstotliwościowego (mostek Greutza). Tym samym tętnienie jest znacznie mniejsze, a wymiary cewki indukcyjnej i/lub kondensatora wygładzającego są mniej restrykcyjne niż w przypadku mostka Heitza.

Aby uzyskać niezerowe wyjście U, wymagane są co najmniej dwie fazy. Minimalna, maksymalna i średnia wartość napięcia. Numerycznie dla sieci 230 V / 400 V napięcie wyprostowane waha się pomiędzy napięciem minimalnym: 1,5 V min = 1,5 x (1,414 × 230) = 488 V, a maksymalnym: 1,732 Vmax = 1,732 x (1,414 × 230) = 563 W.

Średnia wartość napięcia trójfazowego wyprostowanego: avg = 1,654Vmax = 1,654 x (1,414 × 230) = 538 V.

Napięcie wyjściowe trójfazowego prostownika wyjściowego (zoom). Prostownik pełnookresowy 3-fazowy MDS 130A 400V. 5 zacisków: 3 fazy, + i -. Ten prostownik zawiera 6 diod.

W ten sposób można podsumować następujące punkty:

• 6 diod, 2 diody na fazę - słabe tętnienie w porównaniu do prostownika jednofalowego (mostek Heitza);
• średnia wartość napięcia wyprostowanego: 538 V dla sieci 230 V / 400 V;
• przewód neutralny nie jest używany przez prostownik trójfazowy.

Jednofazowe urządzenie pełnofalowe

Rysunek przedstawia jednofazowy prostownik pełnoprzepływowy z obciążeniem R.

W pełni sterowany prostownik jednofazowy umożliwia konwersję jednofazowego prądu przemiennego na stały. Jest powszechnie stosowany w różnych aplikacjach, takich jak ładowanie akumulatora, kontrola prędkości silnika Zasilanie DC i front UPS (zasilanie bezprzerwowe) i SMPS (zasilanie przełączalne) tryb).

Wszystkie cztery używane urządzenia to tyrystory. Czasy przełączania tych urządzeń zależą od sygnałów startowych. Wyłączenie następuje, gdy prąd przepływający przez urządzenie osiągnie zero i jest odwrócony przez co najmniej czas równy czasowi wyłączenia urządzenia wskazanemu w arkuszu danych:

• W dodatnich półcyklicznych tyrystorach T1 i T2 strzelają pod kątem α.
• Gdy T1 i T2 przewodzą Vo = Vs IO = is = Vo / R = Vs / R.
• W ujemnym półcyklu napięcia wejściowego SC3, T3 i T4 są wyzwalane pod kątem (π + α).
• Tutaj prąd wyjściowy i prąd zasilania są w przeciwnym kierunku. T3 i T4 wyłączają się przy 2π.

Działanie mostka diodowego

Składa się z czterech diod, a ta konfiguracja jest połączona przez obciążenie.

Podczas dodatniej połowy cyklu wejścia diod D1 i D2 są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a diody D3 i D4 są spolaryzowane wstecznie. Gdy napięcie przekraczające poziom progowy diod D1 i D2 zaczyna przewodzić - zaczyna przez nie płynąć prąd, jak pokazano na poniższym rysunku na czerwonej linii.

Podczas ujemnej połowy cyklu na wejściu AC diody D3 i D4 są spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a diody D1 i D2 są odwrócone. Prąd obciążenia zaczyna płynąć przez diody D3 i D4, gdy diody te zaczynają przewodzić, jak pokazano na rysunku.

W obu przypadkach kierunek prądu obciążenia jest taki sam, jak pokazano na rysunku jednostronnym, co oznacza DC. Tak więc przy użyciu prostownika mostkowego prąd wejściowy AC jest konwertowany na DC. Wyjście do obciążenia z tym mostkiem prostowniczym pulsuje, ale czysty prąd stały wymaga dodatkowego filtra, takiego jak kondensator. Ta sama operacja dotyczy różnych prostowników mostkowych, ale w przypadku prostowników sterowanych wyzwalany jest tyrystor, który kontroluje prąd obciążenia.

Tryb 1 (od α do π). W dodatnim półcyklu przyłożonego sygnału AC, T1 i T2 są spolaryzowane w przód i mogą być włączone pod kątem α. Napięcie obciążenia jest równe dodatniemu chwilowemu napięciu zasilania AC.

Tryb 2 (π doπ + α). Gdy wt = π, moc wejściowa wynosi zero, a po π staje się ujemna. Ale indukcyjność przeciwdziała wszelkim zmianom, aby utrzymać obciążenie DC w tym samym kierunku.

Z powodu tego indukowanego napięcia SC1, T1 i T2 są przesuwane do przodu pomimo ujemnego napięcia zasilania. W ten sposób obciążenie działa jako źródło, a zmagazynowana energia w cewce indukcyjnej jest zwracana z powrotem do źródła prądu przemiennego.

Tryb 3 (π + α do 2π). Przy wt = π + α SCR T3 i T4 włączają się, a T1, T2 - odwrócenie polaryzacji. W ten sposób proces przewodzenia jest przenoszony z T1, T2 na T3, T4. Przy dodatnim napięciu obciążenia i zużyciu energii prąd jest utrzymywany.

Tryb 4 (od 2π do 2π + α). Przy wt = 2π napięcie wejściowe przechodzi przez zero.

Porównanie urządzeń jednofazowych i trójfazowych

Prostownik jednofazowy jest generalnie tańszy niż prostownik trójfazowy o tej samej mocy znamionowej, ale ta przewaga kosztowa staje się mniej znacząca przy wyższych obciążeniach. Większe prostowniki są stosowane w dużych systemach UPS, galwanizerniach, elektroczyszczalniach i anodowniach, dużych sterownikach silników prądu stałego itp.

Każde urządzenie powyżej 10 kW musi mieć wejście trójfazowe. Ponadto sterowniki AC o zmiennej częstotliwości, które bezpośrednio naprawiają sieć bez transformatora, mają prostownik trójfazowy, chociaż wejście jednofazowe jest możliwe dla silników mniejszych niż 5 kW.

Poniżej lista zalet prostowników trójfazowych i jednofazowych o tej samej mocy wyjściowej:

1. Prąd wejściowy sieci jest niższy i zrównoważony między trzema fazami. Ta równowaga jest ważna, jeśli obciążenie prostownika stanowi znaczną część całkowitego obciążenia instalacji.
2. Wejściowe prądy harmoniczne są mniejsze i łatwiej je wytłumić.
3. Tętnienie wyjściowe jest znacznie mniejsze, a częstotliwość jest 3 razy większa niż w przypadku prostownika jednofazowego. To znacznie ułatwia wygładzanie przy mniejszych dławikach i/lub kondensatorach.

Średni prąd każdego z nich wynosi około 67% wartości prostownika jednofazowego. Dzięki temu można stosować mniejsze urządzenia i łatwiej je rozmieścić wokół grzejników. W przypadku małych urządzeń te zalety nie są tak ważne. Ale dla dużych prostowników (powyżej 10 kW) stają się bardziej znaczące.