หลักการทำงานและวงจรของวงจรเรียงกระแสแบบสามเฟส

ผู้ใช้วงจรไฟฟ้า 380 โวลต์ในครัวเรือนจำเป็นต้องมีวงจรเรียงกระแสสามเฟสแบบพาสซีฟ (ไม่มีการควบคุม) การรู้คุณลักษณะบางอย่างของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจรการแก้ไขที่มีอยู่จะเป็นประโยชน์อย่างมาก ซึ่งจะช่วยให้เจ้าของอุปกรณ์ไฟฟ้าใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลเป็นเวลานาน

คำอธิบายวงจรเรียงกระแส

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างอุปกรณ์และคู่เฟสเดียวมีดังนี้:

• อันแรกติดตั้งในสาย 220 โวลต์และทำหน้าที่รับกระแสคงที่ที่มีขนาดเล็ก (สูงถึง 50 แอมแปร์)
• วงจรเรียงกระแสสามเฟสใช้ในวงจรที่กระแสการทำงาน (แก้ไข) มีค่าเกินตัวบ่งชี้นี้อย่างมากและสูงถึงหลายร้อยแอมแปร์
• เมื่อเปรียบเทียบกับตัวอย่างแบบเฟสเดียว อุปกรณ์เหล่านี้มีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่า

วงจรการแก้ไขที่เป็นที่รู้จักของแรงดันไฟฟ้าสามเฟส เพื่อให้ได้ระดับการกระเพื่อมขั้นต่ำที่เอาต์พุต

ในทางวิศวกรรมไฟฟ้าเรียกว่า "วงจรเรียงกระแสแบบสะพานสามเฟส" เพราะโดยวิธีที่พวกมันเปิดไดโอดซึ่งควบคุมโดยขั้วไฟฟ้า พวกมันดูเหมือนสะพานทางเดียวเหนือแม่น้ำ เฉพาะทิศทางการไหลของอิเล็กตรอนในพวกมันเท่านั้นที่สลับกันด้วยความถี่ 50 Hz ซึ่งไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับรถยนต์ที่จะผ่านสลับกันไปแต่ละด้าน

หลักการทำงาน

หลักการทำงานของตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบไซน์นั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวงจรเรียงกระแสขององค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์พิเศษ - เจอร์เมเนียมหรือซิลิกอนไดโอด เมื่อกระแสสลับไหลผ่าน คลื่นครึ่งบวก "ผ่าน" อย่างอิสระ "ผ่าน" ผ่านทางแยกอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานได้จะเปลี่ยนไปในทิศทางไปข้างหน้า เมื่อสัมผัสกับครึ่งคลื่นเชิงลบ อิเล็กตรอนจะพบกับสิ่งกีดขวางในรูปแบบของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น เพื่อให้กระแสไม่สามารถไหลผ่านทางแยกได้

ในวงจรสวิตชิ่งที่ง่ายที่สุด วงจรการประมวลผลระดับตัวแปรที่ไม่สมบูรณ์ถูกใช้ เนื่องจากครึ่งคลื่นที่สองสูญเสียไปอย่างแก้ไขไม่ได้ สิ่งนี้ช่วยลดพลังงานที่เปลี่ยนแปลงได้อย่างมาก เพื่อรักษาส่วนประกอบที่มีประโยชน์ไว้ จึงได้มีการพัฒนาวงจรการแก้ไขคลื่นเต็มคลื่น 2 วงจร ซึ่งเพิ่มจำนวนไดโอดเป็นสองวงจร

"วงจรเต็มวงจร" สามารถมีองค์ประกอบเรียงกระแสได้ 4 ตัว แต่นี่คือวงจรบริดจ์

วงจรเรียงกระแสแบบโพลีเฟสครึ่งคลื่น

ในตอนแรกจะสะดวกกว่าในการพิจารณาวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นสามเฟสซึ่งง่ายต่อการผลิตใช้ในวงจรตัวแปลงที่ง่ายและราคาไม่แพง เมื่อสร้างพวกมัน จะมีการติดตั้งไดโอดทรงพลังหนึ่งตัวในแต่ละเฟส ให้บริการเฉพาะสาขานี้เท่านั้น

โดยรวมแล้ว ตัวอย่างวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นใช้ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์สามตัวที่มีโหลดเชื่อมต่ออยู่ หลังจากศึกษาไดอะแกรมของแรงดันและกระแสที่ได้รับที่เอาต์พุตของวงจรไฟฟ้าแล้วสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้:

• ประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ) ของอุปกรณ์ดังกล่าวต่ำมาก
• พลังงานที่มีประโยชน์จะหายไปเมื่อประมวลผลครึ่งคลื่นเชิงลบของทั้งสามเฟส
• เมื่อใช้อุปกรณ์ดังกล่าว เป็นการยากมากที่จะได้คุณสมบัติโหลดที่ต้องการ

ข้อบกพร่องทั้งหมดของวงจรครึ่งคลื่นเหล่านี้ทำให้นักพัฒนาต้องซับซ้อนโดยใช้หลักการของการแปลงคู่ขนาน

วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น

ตัวอย่างอุปกรณ์ไฟฟ้าบางตัวทำงานเฉพาะกับกระแสไฟแก้ไขจำนวนมากที่ไหลอยู่ในโหลดเท่านั้น วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นไม่สามารถให้ได้ซึ่งอธิบายได้จากการสูญเสียที่สำคัญในตัวมัน เพื่อเพิ่มความจุโหลดในวงจรกระแสไฟสามเฟส วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นมีการใช้งานมากขึ้น ซึ่งประกอบด้วยไดโอดสองตัวสำหรับแต่ละเฟส

การรวมแบบคลาสสิกในกรณีนี้ทำตามแบบแผนของ Larionov หลังจากนั้นจะมีการตั้งชื่อตัวเรียงกระแสเอง

การวิเคราะห์ไดอะแกรมการทำงานของวงจรเรียงกระแสดังกล่าวแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงข้อดีที่ไม่อาจโต้แย้งได้ ระหว่างการทำงานของวงจรเหล่านี้ จะใช้ทั้งครึ่งคลื่นบวกและลบ ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของตัวแปลงทั้งหมดเพิ่มขึ้น สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าโครงสร้างสามเฟสของวงจร ร่วมกับการแก้ไขแบบเต็มคลื่น ทำให้ความถี่การกระเพื่อมเพิ่มขึ้นหกเท่า ด้วยเหตุนี้ แอมพลิจูดของสัญญาณที่เอาต์พุตหลังจากตัวเก็บประจุแบบปรับให้เรียบจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก (เมื่อเปรียบเทียบกับวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น) และกำลังที่จ่ายให้กับโหลดจะเพิ่มขึ้น

อุปกรณ์บริดจ์

"วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์สามเฟส" ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็น DC เป็นวิธีที่สะดวกกว่าในการแสดงวิธีการเปิดเครื่องนี้ในรูปแบบของการรวมกันของวงจรครึ่งคลื่นสองวงจรที่มีจุดศูนย์ซึ่งไดโอดแปลก ๆ ก่อตัวเป็นกลุ่มแคโทดและแม้แต่ตัวก็ก่อตัวเป็นแอโนด ในวงจรบริดจ์แบบสามเฟส สองสาขาสำหรับการประมวลผลครึ่งคลื่นที่มีขั้วต่างกันจะรวมกันเป็นระบบเดียว

หลักการทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบสามเฟสนั้นง่ายที่สุดที่จะจินตนาการได้ดังนี้:

• เมื่อศักย์ไฟฟ้าสลับทำงานที่อินพุต สำหรับแต่ละครึ่งคลื่น ไดโอดสองในสี่ตัวจะเปิดออก เชื่อมต่อราวกับอยู่ในกระจก
• ในกรณีแรกครึ่งคลื่นบวกของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะได้รับการแก้ไขและในกรณีที่สองเป็นค่าลบ
• ผลก็คือ ที่ทางออกของทางแยก เครื่องหมายบวกจะกระทำที่ขั้วหนึ่งของสะพานเสมอ และขั้วลบที่อีกขั้วหนึ่งเสมอ

ทั้งในวงจรเรียงกระแสแบบสามเฟสและในวงจรเต็มคลื่นบนทางแยกไดโอด ส่วนหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะสูญหาย (ในแต่ละไดโอด - ไม่เกิน 0.6 โวลต์)

การสูญเสียทั้งหมดต่อรอบ (บวกและลบ) ในบริดจ์สามเฟสจะเท่ากับ 1.2 โวลต์ ผู้ออกแบบอุปกรณ์วงจรเรียงกระแสมักจะคำนึงถึงความสูญเสียเหล่านี้และตั้งค่าพารามิเตอร์อินพุตที่ประเมินค่าสูงเกินไปเล็กน้อยไว้ล่วงหน้าเพื่อให้ได้พลังงานเอาต์พุตที่ต้องการ

ไดอะแกรมหรือแผนภาพแรงดันไฟฟ้าของสะพานเป็นการยืนยันที่ดีที่สุดว่าวิธีการเชื่อมต่อไดโอดกับวงจรเรียงกระแสนี้ให้การถ่ายโอนพลังงานสูงสุด ในเวลาเดียวกัน การสูญเสียแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยที่ทางแยกมักจะได้รับการชดเชยเนื่องจากการกรองที่ดีขึ้นในวงจรทุติยภูมิ

คุณสมบัติของสะพานสามเฟสและตัวเลือกสำหรับการก่อสร้าง

วงจรบริดจ์วงจรเรียงกระแสสามเฟสมีตัวเลือกสำหรับการปรับปรุงพารามิเตอร์ของอุปกรณ์ สามารถปรับปรุงได้โดยการแนะนำองค์ประกอบวาล์วเพิ่มเติม มีการติดตั้งไดโอดเรียงกระแส 6, 9 หรือ 12 ตัวซึ่งเชื่อมต่อตามรูปแบบ "ดาว" หรือ "สามเหลี่ยม"

ยิ่งใช้เฟสมากขึ้น (หรือคู่ของไดโอด) ในวงจรเรียงกระแส แรงดันไฟขาออกก็จะยิ่งต่ำลง

ตัวอย่างเช่น พิจารณาอุปกรณ์ที่มีไดโอดเรียงกระแส 12 ตัว ในกรณีนี้หนึ่งในกลุ่มจำนวน 6 ชิ้นรวมอยู่ในรูปแบบ "ดาว" ที่มีจุดศูนย์ทั่วไปและส่วนที่สอง - เป็นรูปสามเหลี่ยม (ไม่มีพื้น) โดยพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าวงจรเรียงกระแสมีการเชื่อมต่อแบบอนุกรม ศักยภาพที่เอาท์พุตของระบบจะถูกสรุปรวม และความถี่การกระเพื่อมในการโหลดจะสูงกว่าค่าไฟหลัก 12 เท่า (50 เฮิรตซ์) หลังจากกรองแล้ว แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับผู้บริโภคจะมีคุณภาพสูงขึ้น

การเปรียบเทียบอุปกรณ์เฟสเดียวและสามเฟส

เมื่อเปรียบเทียบวงจรการแก้ไขสามเฟสกับแอนะล็อกแบบเฟสเดียว สิ่งสำคัญที่ต้องสังเกตจุดต่อไปนี้:

• ครั้งแรกใช้เฉพาะในเครือข่ายไฟฟ้า 380 โวลต์และประเภทที่สองสามารถติดตั้งได้ทั้งในวงจรเฟสเดียวและสามเฟส (หนึ่งเฟส)
• วงจรเรียงกระแส 380 โวลต์ช่วยให้คุณสามารถแปลงพลังงานขนาดใหญ่และพัฒนากระแสที่สำคัญในโหลด
• ในทางกลับกัน การสร้างวงจรเรียงกระแสแบบสามเฟสด้วยตัวเองค่อนข้างยากกว่า เนื่องจากประกอบด้วยส่วนประกอบจำนวนมากขึ้น

การคำนวณวงจรเรียงกระแสสามเฟสก็จะยากขึ้นเช่นกันเนื่องจากในกรณีนี้จะคำนึงถึงองค์ประกอบเวกเตอร์ของกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากในวงจร 380 โวลต์ พารามิเตอร์เฟสจะสัมพันธ์กัน 120 องศา

ไม่ยากที่จะเข้าใจสาระสำคัญของการทำงานของวงจรเรียงกระแสสามเฟส ในการทำเช่นนี้ คุณจะต้องทำความคุ้นเคยกับพื้นฐานของอุปกรณ์วาล์วและวิเคราะห์วงจรไฟฟ้าสำหรับการเชื่อมต่อ ความรู้เกี่ยวกับหลักการทำงานของวงจรเรียงกระแสจะช่วยให้ผู้ใช้ใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการทำงานประจำวัน