Princip činnosti a zapojení třífázového můstkového usměrňovače

Uživatelé napájecích obvodů 380 V v domácnosti potřebují pasivní (nekontrolovaný) třífázový usměrňovač. Znalost některých funkcí elektronického zařízení a stávajících opravných obvodů se ukáže jako velmi užitečná. To pomůže majiteli energetického zařízení provozovat jej po delší dobu kompetentněji a efektivněji.

Popis usměrňovače

Hlavní rozdíl mezi zařízeními a jejich jednofázovými protějšky je následující:

• první jsou instalovány ve vedeních 220 V a slouží k získání konstantních proudů nepatrné velikosti (až 50 ampér);
• třífázové usměrňovače se používají v obvodech, kde pracovní (usměrněné) proudy výrazně překračují tento indikátor a dosahují několika stovek ampérů.
• ve srovnání s jednofázovými vzorky mají tato zařízení složitější strukturu.

Známé usměrňovací obvody třífázového napětí, které umožňují dosáhnout minimální úrovně zvlnění na výstupu.

V elektrotechnice se jim říká „třífázové můstkové usměrňovače“, protože tím, jak otevírají diody řízené polaritou napětí, připomínají jednosměrný most přes řeku. Pouze směr toku elektronů v nich se střídá s frekvencí 50 Hz, což je pro automobily nepřístupné, aby střídavě procházely každou stranou.

Princip fungování

Princip činnosti jakéhokoli převodníku sinusového napětí je založen na vlastnostech usměrňovače speciálního polovodičového prvku - germaniové nebo křemíkové diody. Když jím protéká střídavý proud, kladná půlvlna volně „prochází“ pracovním elektronickým spojem posunutým dopředu. Když jsou elektrony vystaveny záporné polovině vlny, narazí na překážku ve formě potenciální bariéry, takže proud nemůže protékat spojem.

V nejjednodušších spínacích obvodech se používá neúplný cyklus zpracování proměnných úrovní, protože druhá půlvlna je nenávratně ztracena. To výrazně snižuje konvertibilní výkon. Aby byla zachována užitečná součástka, byly vyvinuty 2vlnové usměrňovací obvody, ve kterých byl počet diod zvýšen na dvě.

„Obvod celého cyklu“ může obsahovat 4 usměrňovací prvky, ale jedná se o můstkový obvod.

Poloviční vlnový vícefázový usměrňovač

Zpočátku je pohodlnější uvažovat o třífázových polovodičových usměrňovačích, které se snadno vyrábějí a používají se v jednoduchých a levných obvodech převodníků. Při jejich konstrukci je v každé z fází instalována jedna výkonná dioda, která slouží pouze této větvi.

Celkově vzorek půlvlnného usměrňovače používá tři polovodičové diody s připojenými zátěžemi. Po prostudování diagramů napětí a proudů získaných na výstupu elektrického obvodu lze vyvodit následující závěry:

• účinnost (účinnost) takového zařízení je velmi nízká;
• užitečný výkon se ztrácí při zpracování záporných polovičních vln všech tří fází;
• při použití těchto zařízení je velmi obtížné získat požadované charakteristiky zatížení.

Všechny tyto nevýhody půlvlnných obvodů donutily vývojáře je zkomplikovat uplatněním principu dvojité paralelní konverze.

Plnovlnný usměrňovač

Některé vzorky energetického zařízení pracují pouze s velkým množstvím usměrněného proudu protékajícím zátěží. Poloviční vlnové usměrňovače to nemohou poskytnout, což se vysvětluje významnými ztrátami v nich. Ke zvýšení zátěžové kapacity v obvodech s trojfázovým proudem se stále více používají plnovlnné usměrňovače, které obsahují dvě diody pro každou fázi.

Klasické zahrnutí je v tomto případě provedeno podle Larionovova schématu, na jehož počest je pojmenován samotný usměrňovač.

Analýza provozních diagramů takového usměrňovače jasně ukazuje jeho nesporné výhody. Během provozu těchto obvodů se používají kladné i záporné půlvlny, což zvyšuje účinnost celého převodníku. To je vysvětleno skutečností, že třífázová struktura obvodu spolu s plnou vlnovou rektifikací poskytuje šestinásobné zvýšení frekvence zvlnění. Díky tomu se významně zvyšuje amplituda signálu na výstupu po vyhlazovacích kondenzátorech (ve srovnání s půlvlnným usměrňovačem) a zvyšuje se výkon dodávaný do zátěže.

Bridge zařízení

„Třífázový můstkový usměrňovací obvod“ může dále zlepšit účinnost převodu střídavého napětí na stejnosměrné. Je výhodnější představit tuto metodu zapnutí ve formě kombinace dvou půlvlnných obvodů s nulovým bodem, ve kterých liché diody tvoří katodovou skupinu a sudé tvoří jejich anodové spojení. V třífázovém můstkovém obvodu jsou dvě větve pro zpracování polovičních vln různé polarity ve skutečnosti spojeny do jednoho systému.

Princip činnosti třífázového můstkového usměrňovače je nejsnadněji znázorněn následovně:

• když na jeho vstupu působí střídavý potenciál, pro každou půlvlnu se dvě ze čtyř diod ukáže jako otevřená, spojená jako v zrcadle;
• v prvním případě je napravena kladná půlvlna vstupního napětí a ve druhém záporná;
• Výsledkem je, že na výstupu takového průřezu vždy působí plus na jeden pól mostu a minus na druhý.

Jak v třífázových usměrňovacích můstcích, tak v obvodech s plnými vlnami na diodových spojích se ztrácí část vstupního napětí (na každé diodě - ne více než 0,6 voltu).

Celková ztráta na cyklus (pozitivní a negativní) v třífázovém můstku bude tedy 1,2 voltu. Návrháři zařízení usměrňovače vždy berou v úvahu tyto ztráty a přednastavují mírně nadhodnocené vstupní parametry, aby získali požadovaný výstupní výkon.

Schémata nebo grafy můstkového napětí jsou nejlepším potvrzením, že tento způsob připojení diod k obvodu usměrňovače poskytuje maximální přenos energie. Současně lze malé ztráty napětí na křižovatkách nejčastěji kompenzovat lepším filtrováním v sekundárních obvodech.

Vlastnosti třífázového můstku a možnosti jeho konstrukce

Třífázové můstkové obvody usměrňovače mají možnosti pro zlepšení parametrů zařízení. Lze je vylepšit zavedením dalších ventilových prvků. Jsou vybaveny 6, 9 nebo dokonce 12 usměrňovacími diodami připojenými podle schématu „hvězda“ nebo „trojúhelník“.

Čím více fází (nebo párů diod) se použije v obvodu usměrňovače, tím menší je zvlnění výstupního napětí.

Jako příklad zvažte zařízení s 12 usměrňovacími diodami. Jedna ze skupin v množství 6 kusů je v tomto případě zahrnuta podle "hvězdného" schématu se společným nulovým bodem a druhá - do trojúhelníku (bez země). S ohledem na skutečnost, že usměrňovače jsou zapojeny do série, sečtou potenciály na výstupu systému a zvlnění frekvence v zátěži je 12krát vyšší než hodnota sítě (50 Hz). Po filtrování se napětí dodávané spotřebiteli vyznačuje vyšší kvalitou.

Porovnání jednofázových a třífázových zařízení

Při srovnání třífázových usměrňovacích obvodů s jednofázovými analogy je důležité si uvědomit následující body:

• první se používají pouze v sítích 380 V a druhý typ je dovoleno instalovat do jednofázových i třífázových obvodů (jeden pro každou z fází);
• usměrňovače 380 voltů vám umožňují převádět velký výkon a vyvíjet významné proudy v zátěži;
• na druhou stranu je poněkud obtížnější vyrobit vlastní třífázový usměrňovač, protože se skládá z většího počtu komponent.

Výpočet třífázového usměrňovače bude také obtížnější, protože v tomto případě jsou brány v úvahu vektorové komponenty účinných proudů a napětí. To je způsobeno skutečností, že v obvodech 380 V jsou fázové parametry vzájemně posunuty o 120 stupňů.

Není těžké pochopit podstatu činnosti třífázového usměrňovače. Chcete-li to provést, musíte se seznámit se základy ventilových zařízení a analyzovat elektrický obvod pro jejich připojení. Znalost principu činnosti usměrňovačů pomůže uživateli efektivněji jej využívat v každodenní práci.