Funktionsprinzip und Schaltung eines Dreiphasen-Brückengleichrichters

Nutzer von 380-Volt-Stromkreisen im Haushalt benötigen einen passiven (ungeregelten) Drehstromgleichrichter. Es wird sich als sehr hilfreich erweisen, einige der Merkmale des elektronischen Geräts und der vorhandenen Gleichrichtungsschaltungen zu kennen. Dies wird dem Besitzer des Kraftgeräts helfen, es für lange Zeit kompetenter und effizienter zu betreiben.

Gleichrichter Beschreibung

Der Hauptunterschied zwischen den Geräten und ihren einphasigen Gegenstücken ist wie folgt:

• die ersten werden in 220-Volt-Leitungen installiert und dienen dazu, konstante Ströme von unbedeutender Größe (bis zu 50 Ampere) zu erhalten;
• dreiphasige Gleichrichter werden in Stromkreisen verwendet, in denen die Arbeitsströme (gleichgerichtet) diesen Indikator deutlich überschreiten und mehrere hundert Ampere erreichen.
• im Vergleich zu einphasigen Proben haben diese Geräte einen komplexeren Aufbau.

Bekannte Gleichrichterschaltungen mit dreiphasiger Spannung, die es ermöglichen, die minimale Welligkeit am Ausgang zu erhalten.

In der Elektrotechnik werden sie "Drehstrom-Brückengleichrichter" genannt, weil sie durch das Öffnen der Dioden, gesteuert durch die Spannungspolarität, einer Einwegbrücke über einen Fluss ähneln. Nur die Richtung des Elektronenflusses in ihnen wechselt mit einer Frequenz von 50 Hz ab, die für Autos unzugänglich ist, um abwechselnd nach beiden Seiten zu fahren.

Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip jedes Sinusspannungswandlers basiert auf den Gleichrichtereigenschaften eines speziellen Halbleiterelements - einer Germanium- oder Siliziumdiode. Wenn ein Wechselstrom durch ihn fließt, "geht" die positive Halbwelle frei durch die in Vorwärtsrichtung verschobene Arbeitselektronenverbindung. Elektronen treffen bei einer negativen Halbwelle auf ein Hindernis in Form einer Potentialbarriere, so dass kein Strom durch den Übergang fließen kann.

In den einfachsten Schaltkreisen wird ein unvollständiger Zyklus der Verarbeitung variabler Pegel verwendet, da die zweite Halbwelle unwiederbringlich verloren geht. Dadurch wird die Cabrio-Leistung deutlich reduziert. Um den Nutzanteil zu erhalten, wurden 2-Vollweg-Gleichrichterschaltungen entwickelt, bei denen die Anzahl der Dioden auf zwei erhöht wurde.

Eine "Vollzyklusschaltung" kann 4 Gleichrichterelemente enthalten, dies ist jedoch eine Brückenschaltung.

Einweg-Mehrphasengleichrichter

Zunächst ist es zweckmäßiger, einfach herzustellende Dreiphasen-Einweggleichrichter zu betrachten, die in einfachen und kostengünstigen Wandlerschaltungen verwendet werden. Beim Bau wird in jeder der Phasen eine leistungsstarke Diode installiert, die nur diesen Zweig bedient.

Insgesamt verwendet ein Einweggleichrichtermuster drei Halbleiterdioden mit daran angeschlossenen Lasten. Nach dem Studium der am Ausgang des Stromkreises erhaltenen Spannungs- und Stromdiagramme können die folgenden Schlussfolgerungen gezogen werden:

• die Effizienz (Effizienz) einer solchen Vorrichtung ist sehr gering;
• Nutzleistung geht bei der Verarbeitung negativer Halbwellen aller drei Phasen verloren;
• Bei Verwendung solcher Geräte ist es sehr schwierig, die erforderlichen Lasteigenschaften zu erhalten.

All diese Nachteile von Halbwellenschaltungen zwangen die Entwickler, sie durch Anwendung des Prinzips der Doppelparallelwandlung zu komplizieren.

Vollweggleichrichter

Einige Beispiele von Leistungsgeräten arbeiten nur mit einer großen Menge an gleichgerichtetem Strom, der in der Last fließt. Einweggleichrichter können dies nicht leisten, was durch erhebliche Verluste in ihnen erklärt wird. Zur Erhöhung der Belastbarkeit in Drehstromkreisen werden zunehmend Vollweggleichrichter verwendet, die je Phase zwei Dioden enthalten.

Die klassische Einbeziehung erfolgt in diesem Fall nach dem Larionov-Schema, zu dessen Ehren der Gleichrichter selbst benannt ist.

Eine Analyse der Betriebsdiagramme eines solchen Gleichrichters zeigt deutlich seine unbestreitbaren Vorteile. Beim Betrieb dieser Schaltungen werden sowohl positive als auch negative Halbwellen verwendet, was den Wirkungsgrad des gesamten Wandlers erhöht. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass der dreiphasige Aufbau der Schaltung zusammen mit der Vollweggleichrichtung eine sechsfache Erhöhung der Welligkeitsfrequenz bewirkt. Dadurch steigt die Signalamplitude am Ausgang nach den Glättungskondensatoren deutlich an (im Vergleich zu einem Einweggleichrichter) und die der Last zugeführte Leistung steigt.

Bridge-Geräte

Mit der „Dreiphasen-Brückengleichrichterschaltung“ lässt sich der Wirkungsgrad der Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung weiter steigern. Es ist bequemer, diese Einschaltmethode in Form einer Kombination von zwei Halbwellenschaltungen mit einem Nullpunkt darzustellen, bei denen ungerade Dioden eine Kathodengruppe und gerade Dioden ihre Anodenvereinigung bilden. Bei einer dreiphasigen Brückenschaltung werden eigentlich zwei Zweige zur Verarbeitung von Halbwellen unterschiedlicher Polarität zu einem einzigen System zusammengefasst.

Das Funktionsprinzip eines Drehstrom-Brückengleichrichters ist am einfachsten wie folgt vorzustellen:

• wirkt an ihrem Eingang ein Wechselpotential, so erweisen sich für jede Halbwelle zwei von vier Dioden als offen, wie in einem Spiegel geschaltet;
• im ersten Fall wird die positive Halbwelle der Eingangsspannung gleichgerichtet, im zweiten die negative;
• Dadurch wirkt am Ausgang eines solchen Querschlusses immer ein Plus auf einen Pol der Brücke und ein Minus auf den anderen.

Sowohl in Dreiphasen-Gleichrichterbrücken als auch in Vollwellenschaltungen an Diodenübergängen geht ein Teil der Eingangsspannung verloren (an jeder Diode - nicht mehr als 0,6 Volt).

Der Gesamtverlust pro Zyklus (positiv und negativ) in einer Drehstrombrücke beträgt somit 1,2 Volt. Konstrukteure von Gleichrichtergeräten berücksichtigen diese Verluste immer und stellen leicht überschätzte Eingangsparameter vor, um die erforderliche Ausgangsleistung zu erhalten.

Brückenspannungsdiagramme oder -diagramme sind die beste Bestätigung dafür, dass diese Art des Anschlusses von Dioden an die Gleichrichterschaltung eine maximale Energieübertragung bietet. Gleichzeitig können durch eine bessere Filterung in den Sekundärkreisen meist kleine Spannungsverluste an den Verbindungsstellen ausgeglichen werden.

Merkmale einer Drehstrombrücke und Optionen für deren Konstruktion

Dreiphasige Gleichrichterbrückenschaltungen bieten Möglichkeiten zur Verbesserung der Parameter des Geräts. Sie können durch das Einbringen zusätzlicher Ventilelemente verbessert werden. Sie sind mit 6, 9 oder sogar 12 Gleichrichterdioden ausgestattet, die nach dem "Stern"- oder "Dreieck"-Schema geschaltet sind.

Je mehr Phasen (oder Diodenpaare) in der Gleichrichterschaltung verwendet werden, desto geringer ist die Welligkeit der Ausgangsspannung.

Betrachten Sie als Beispiel ein Gerät mit 12 Gleichrichterdioden. Eine der Gruppen in Höhe von 6 Stück ist in diesem Fall nach dem "Stern" -Schema mit einem gemeinsamen Nullpunkt enthalten und die zweite - in ein Dreieck (ohne Boden). Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Gleichrichter in Reihe geschaltet sind, werden die Potenziale am Ausgang des Systems aufsummiert und die Welligkeitsfrequenz in der Last ist 12-mal höher als der Netzwert (50 Hertz). Nach der Filterung zeichnet sich die dem Verbraucher zugeführte Spannung durch eine höhere Qualität aus.

Vergleich von einphasigen und dreiphasigen Geräten

Beim Vergleich von dreiphasigen Gleichrichterschaltungen mit einphasigen Analoga sind folgende Punkte zu beachten:

• der erste wird nur in 380-Volt-Stromnetzen verwendet, und der zweite Typ darf sowohl in einphasigen als auch in dreiphasigen Stromkreisen (einer für jede der Phasen) installiert werden;
• gleichrichter 380 Volt ermöglichen es Ihnen, große Leistungen umzuwandeln und erhebliche Ströme in der Last zu entwickeln;
• Auf der anderen Seite ist es etwas schwieriger, einen Drehstromgleichrichter selbst herzustellen, da er aus einer größeren Anzahl von Komponenten besteht.

Auch die Berechnung eines Drehstromgleichrichters wird schwieriger, da hier die Vektorkomponenten der effektiven Ströme und Spannungen berücksichtigt werden. Dies liegt daran, dass in 380-Volt-Schaltungen die Phasenparameter um 120 Grad gegeneinander verschoben sind.

Es ist nicht schwer, das Wesen des Betriebs eines Dreiphasengleichrichters zu verstehen. Dazu müssen Sie sich mit den Grundlagen der Ventilgeräte vertraut machen und den Stromkreis auf ihren Anschluss analysieren. Die Kenntnis der Funktionsweise von Gleichrichtern hilft dem Benutzer, diese im Arbeitsalltag effizienter zu nutzen.