Principio di funzionamento e circuito di un raddrizzatore a ponte trifase

Gli utenti di circuiti di alimentazione a 380 volt in casa necessitano di un raddrizzatore trifase passivo (non controllato). Conoscere alcune delle caratteristiche del dispositivo elettronico e dei circuiti di rettifica esistenti si rivelerà molto utile. Ciò aiuterà il proprietario dell'apparecchiatura elettrica a farla funzionare in modo più competente ed efficiente per lungo tempo.

Descrizione del raddrizzatore

La principale differenza tra i dispositivi e le loro controparti monofase è la seguente:

• i primi sono installati su linee a 220 Volt e servono per ottenere correnti costanti di magnitudo insignificante (fino a 50 Ampere);
• i raddrizzatori trifase sono utilizzati nei circuiti in cui le correnti di lavoro (rettificate) superano significativamente questo indicatore e raggiungono diverse centinaia di ampere.
• rispetto ai campioni monofase, questi dispositivi hanno una struttura più complessa.

Circuiti di raddrizzamento noti di tensione trifase, che consentono di ottenere il livello minimo di ripple in uscita.

In ingegneria elettrica, sono chiamati "raddrizzatori a ponte trifase", perché dal modo in cui aprono i diodi, controllati dalla polarità della tensione, assomigliano a un ponte unidirezionale su un fiume. Solo la direzione del flusso di elettroni in essi si alterna con una frequenza di 50 Hz, che è inaccessibile alle auto per passare alternativamente su ciascun lato.

Principio operativo

Il principio di funzionamento di qualsiasi convertitore di tensione sinusoidale si basa sulle proprietà del raddrizzatore di uno speciale elemento semiconduttore: un diodo al germanio o al silicio. Quando una corrente alternata lo attraversa, la semionda positiva "passa" liberamente attraverso la giunzione elettronica funzionante spostata in avanti. Quando sono esposti a una semionda negativa, gli elettroni incontrano un ostacolo sotto forma di barriera potenziale, in modo che la corrente non possa fluire attraverso la giunzione.

Nei circuiti di commutazione più semplici viene utilizzato un ciclo incompleto di elaborazione di livelli variabili, poiché la seconda semionda viene irrimediabilmente persa. Ciò riduce significativamente la potenza convertibile. Per preservare il componente utile, sono stati sviluppati circuiti di rettifica a 2 onda intera, in cui il numero di diodi è stato aumentato a due.

Un "circuito a ciclo completo" può contenere 4 elementi raddrizzatori, ma questo è un circuito a ponte.

Raddrizzatore multifase a semionda

All'inizio, è più conveniente considerare raddrizzatori a semionda trifase, che sono semplici da produrre, utilizzati in circuiti di conversione semplici ed economici. Durante la loro costruzione, in ciascuna delle fasi viene installato un potente diodo, che serve solo questo ramo.

In totale, un campione di raddrizzatore a semionda utilizza tre diodi a semiconduttore con carichi ad essi collegati. Dopo aver studiato i diagrammi di tensioni e correnti ottenuti all'uscita del circuito elettrico, si possono trarre le seguenti conclusioni:

• l'efficienza (efficienza) di un tale dispositivo è molto bassa;
• la potenza utile viene persa durante l'elaborazione delle semionde negative di tutte e tre le fasi;
• quando si utilizzano tali dispositivi, è molto difficile ottenere le caratteristiche di carico richieste.

Tutti questi svantaggi dei circuiti a semionda hanno costretto gli sviluppatori a complicarli applicando il principio della doppia conversione parallela.

Raddrizzatore a onda intera

Alcuni campioni di apparecchiature elettriche funzionano solo con una grande quantità di corrente raddrizzata che scorre nel carico. I raddrizzatori a semionda non possono fornirlo, il che si spiega con perdite significative in essi. Per aumentare la capacità di carico nei circuiti di corrente trifase, vengono sempre più utilizzati raddrizzatori a onda intera, contenenti due diodi per ogni fase.

L'inclusione classica in questo caso è fatta secondo lo schema di Larionov, in onore del quale prende il nome il raddrizzatore stesso.

L'analisi degli schemi di funzionamento di un tale raddrizzatore mostra chiaramente i suoi indiscutibili vantaggi. Durante il funzionamento di questi circuiti vengono utilizzate semionde sia positive che negative, il che aumenta l'efficienza dell'intero convertitore. Ciò è spiegato dal fatto che la struttura trifase del circuito, insieme alla rettifica a onda intera, fornisce un aumento di sei volte della frequenza di ripple. A causa di ciò, l'ampiezza del segnale all'uscita dopo i condensatori di livellamento aumenta in modo significativo (rispetto a un raddrizzatore a semionda) e la potenza fornita al carico aumenta.

Dispositivi ponte

Il "circuito raddrizzatore a ponte trifase" consente di aumentare ulteriormente l'efficienza di conversione della tensione alternata in tensione continua. È più conveniente rappresentare questo metodo di accensione sotto forma di una combinazione di due circuiti a semionda con un punto zero, in cui i diodi dispari formano un gruppo catodico e quelli pari formano la loro unione anodica. In un circuito a ponte trifase, due rami per l'elaborazione di semionde di diversa polarità sono effettivamente combinati in un unico sistema.

Il principio di funzionamento di un raddrizzatore a ponte trifase è più facile da immaginare come segue:

• quando un potenziale alternato agisce al suo ingresso, per ogni semionda, due diodi su quattro risultano aperti, collegati come in uno specchio;
• nel primo caso viene raddrizzata la semionda positiva della tensione di ingresso e nel secondo quella negativa;
• Di conseguenza, all'uscita di un tale circuito incrociato, un più agisce sempre su un polo del ponte e un meno sull'altro.

Sia nei ponti raddrizzatori trifase che nei circuiti a onda intera su giunzioni a diodi, parte della tensione di ingresso viene persa (su ciascun diodo - non più di 0,6 Volt).

La perdita totale per ciclo (positivo e negativo) in un ponte trifase sarà quindi di 1,2 Volt. I progettisti di apparecchiature per raddrizzatori tengono sempre conto di queste perdite e preimpostano parametri di ingresso leggermente sovrastimati per ottenere la potenza di uscita richiesta.

I diagrammi oi grafici della tensione del ponte sono la migliore conferma che questo modo di collegare i diodi al circuito raddrizzatore fornisce il massimo trasferimento di energia. Allo stesso tempo, le piccole perdite di tensione alle giunzioni possono essere spesso compensate da un migliore filtraggio nei circuiti secondari.

Caratteristiche di un ponte trifase e opzioni per la sua costruzione

I circuiti a ponte raddrizzatore trifase hanno opzioni per migliorare i parametri del dispositivo. Possono essere migliorati introducendo ulteriori elementi valvola. Sono dotati di 6, 9 o anche 12 diodi raddrizzatori, collegati secondo lo schema "stella" o "triangolo".

Più fasi (o coppie di diodi) vengono utilizzate nel circuito raddrizzatore, minore è l'ondulazione della tensione di uscita.

Ad esempio, considera un dispositivo con 12 diodi raddrizzatori. Uno dei gruppi nella quantità di 6 pezzi è incluso in questo caso secondo lo schema "stella" con un punto zero comune, e il secondo - in un triangolo (senza terra). Tenendo conto del fatto che i raddrizzatori sono collegati in serie, si sommano i potenziali all'uscita del sistema e la frequenza di ripple nel carico risulta essere 12 volte superiore al valore di rete (50 Hertz). Dopo il filtraggio, la tensione fornita al consumatore è caratterizzata da una qualità superiore.

Confronto tra dispositivi monofase e trifase

Quando si confrontano i circuiti di rettifica trifase con analoghi monofase, è importante notare i seguenti punti:

• i primi sono utilizzati solo nelle reti di alimentazione a 380 Volt e il secondo tipo può essere installato sia in circuiti monofase che trifase (uno per ciascuna fase);
• i raddrizzatori da 380 Volt consentono di convertire grandi potenze e sviluppare correnti significative nel carico;
• d'altra parte, è un po' più difficile realizzare da soli un raddrizzatore trifase, poiché è costituito da un numero maggiore di componenti.

Anche il calcolo di un raddrizzatore trifase sarà più difficile, poiché in questo caso vengono prese in considerazione le componenti vettoriali delle correnti e delle tensioni effettive. Ciò è dovuto al fatto che nei circuiti a 380 Volt i parametri di fase vengono spostati l'uno rispetto all'altro di 120 gradi.

Non è difficile capire l'essenza del funzionamento di un raddrizzatore trifase. Per fare ciò, dovrai familiarizzare con le basi dei dispositivi a valvole e analizzare il circuito elettrico per la loro connessione. La conoscenza del principio di funzionamento dei raddrizzatori aiuterà l'utente a utilizzarlo in modo più efficiente nel lavoro quotidiano.