Uživatelé 380 V napájecích obvodů v domácnosti potřebují pasivní (nekontrolovaný) třífázový usměrňovač. Znalost některých funkcí elektronického zařízení a existujících schémat nápravy bude velmi užitečná. To pomůže majiteli energetického zařízení dlouhodobě pracovat kompetentněji a racionálněji.
Popis usměrňovačů
Hlavní rozdíl mezi zařízeními od jejich jednofázových analogů se projevuje v následujícím:
- první jsou instalovány ve 220 voltových vedeních a používají se k získání konstantních proudů nevýznamné velikosti (až 50 A);
- třífázové usměrňovače se používají v obvodech, kde pracovní (usměrněné) proudy výrazně přesahují tento ukazatel a dosahují několika stovek ampér.
- ve srovnání s jednofázovými vzorky mají tato zařízení složitější zařízení.
Známá schémata pro usměrňování třífázového napětí, umožňující získat minimální úroveň zvlnění na výstupu.
V elektrotechnice se nazývají „třífázové můstkové usměrňovače“, protože způsobem, jakým otevírají diody řízené napěťovou polaritou, se podobají mostu přes řeku s jednosměrným provozem. Pouze směr toku elektronů v nich se střídá s frekvencí 50 Hz, což je nepřístupné pro automobily, aby se střídaly v každém směru.
Provozní princip
Princip činnosti jakéhokoli sinusového měniče napětí je založen na usměrňovacích vlastnostech speciálního polovodičového prvku - germaniové nebo křemíkové diody. Když protéká střídavý proud, pozitivní půlvlna volně „přechází“ přes pracovní elektronický přechod, který je posunut směrem dopředu. Pod vlivem záporné půlvlny se elektrony setkávají s překážkou ve formě potenciální bariéry, takže proud nemůže proudit přechodem.
V nejjednodušších spínacích schématech je použit neúplný cyklus zpracování proměnných úrovní, protože druhá polovina vlny je nenávratně ztracena. Tím se významně sníží převedený výkon. Aby se zachovala užitečná složka, byly vyvinuty 2 poloviční vlny rektifikačních schémat, ve kterých byl počet diod zvýšen na dvě.
„Obvod s plným cyklem“ může obsahovat 4 usměrňovací prvky, ale takový obvod patří do kategorie můstku.
Polofázový vícefázový usměrňovač
Za prvé, je vhodnější zvážit třífázové jednopolové usměrňovače, které se snadno vyrábějí a používají v jednoduchých a levných převodních obvodech. Když jsou postaveny, je v každé fázi instalována jedna výkonná dioda, která slouží pouze této větvi.
Celkově se ve vzorku poloviční vlny usměrňovače používají tři polovodičové diody s připojenými zátěžemi. Po prostudování schémat napětí a proudů získaných na výstupu elektrického obvodu můžeme vyvodit následující závěry:
- účinnost (COP) působení takového zařízení je velmi nízká;
- čistý výkon je ztracen při zpracování negativních půlvln všech tří fází;
- při použití takových zařízení je velmi obtížné získat požadované charakteristiky zatížení.
Všechny tyto nedostatky půlvlnných obvodů nutily vývojáře, aby je komplikovali použitím principu dvojité paralelní konverze.
Usměrňovač půlvlny
Některé vzorky energetického zařízení pracují pouze s velkým množstvím usměrněného proudu tekoucího v zátěži.Není schopen poskytnout polopásmové usměrňovače, což se vysvětluje značnými ztrátami v nich. Ke zvýšení zátěžové kapacity ve třífázových proudových obvodech se stále více používají usměrňovače se dvěma polovičními vlnami obsahující dvě diody pro každou fázi.
Klasické zahrnutí je v tomto případě provedeno podle Larionovova schématu, ve kterém je pojmenováno samotné usměrňovací zařízení.
Analýza pracovních diagramů takového usměrňovače jasně ukazuje jeho nesporné výhody. Při použití těchto obvodů se používají kladné i záporné půlvlny, což zvyšuje účinnost celého převodníku. To je vysvětleno skutečností, že třífázová struktura obvodu, spolu s dvojpůlvlnnou rektifikací, poskytuje šestinásobné zvýšení pulsační frekvence. V důsledku toho se amplituda výstupního signálu po vyhlazovacích kondenzátorech znatelně zvyšuje (ve srovnání s polovičním usměrňovačem) a zvyšuje se výkon přenášený na zátěž.
Můstková zařízení
„Trojfázový usměrňovací obvod“ umožňuje ještě více zvýšit účinnost převádění střídavého napětí na stejnosměrné. Je vhodnější prezentovat tento způsob přepínání ve formě kombinace dvou půlvlnných obvodů s nulovým bodem, ve kterých liché diody tvoří katodovou skupinu, a sudé tvoří jejich anodovou kombinaci. V trojfázovém můstkovém obvodu jsou dvě větve zpracování půlvlny s různou polaritou skutečně sloučeny do jediného systému.
Princip fungování třífázového můstkového usměrňovače je nejsnadnější si představit takto:
- když střídavý potenciál působí na jeho vstupu, pro každou půlvlnu se otevřou dvě ze čtyř diod, které jsou zapnuty, jako by byly zrcadlem;
- v prvním případě je kladná půlvlna vstupního napětí narovnána a ve druhém záporná;
- v důsledku toho má výstup takového přechodového obvodu vždy kladné znaménko na jednom pólu můstku a záporné znaménko na druhém.
U třífázových usměrňovacích můstků i v půlvlnových obvodech na diodových spojích dochází ke ztrátě části vstupního napětí (v každé diodě - ne více než 0,6 V).
Celková ztráta na cyklus (pozitivní a negativní) v třífázovém můstku bude tedy 1,2 V. Vývojáři usměrňovacích zařízení tyto ztráty vždy berou v úvahu a aby bylo dosaženo požadovaného výkonu na výstupu, trochu nadhodnocují vstupní parametry předem.
Napěťové diagramy nebo schémata můstkových obvodů jsou nejlepším potvrzením, že tento způsob připojení diod k usměrňovacímu obvodu poskytuje maximální přenos energie. Současně jsou malé ztráty napětí na křižovatkách nejčastěji kompenzovány lepším filtrováním v sekundárních obvodech.
Vlastnosti třífázového mostu a jeho konstrukční možnosti
Můstkové obvody třífázových usměrňovačů mají možnosti pro zlepšení parametrů zařízení. Mohou být vylepšeny zavedením dalších ventilových prvků. Instalují 6, 9 nebo dokonce 12 usměrňovacích diod zapojených podle schématu „hvězda“ nebo „trojúhelník“.
Čím více fází (nebo párů diod) se používá v usměrňovacím obvodu, tím nižší je úroveň zvlnění výstupního napětí.
Jako příklad lze uvést zařízení s 12 usměrňovacími diodami. Jedna ze skupin po 6 kusech je v tomto případě zahrnuta podle „hvězdného“ schématu se společným nulovým bodem a druhá - v trojúhelníku (bez Země). Vzhledem k tomu, že usměrňovače jsou zapojeny do série, jsou sčítány potenciály na výstupu systému a vlnová frekvence v zátěži je 12krát větší než hodnota sítě (50 Hz). Po filtraci se napětí dodávané spotřebiteli vyznačuje vyšší kvalitou.
Porovnání jednofázových a třífázových zařízení
Při porovnávání třífázových rektifikačních schémat s jednofázovými analogy je důležité vzít v úvahu následující body:
- první z nich se používají pouze v sítích s napětím 380 V a druhá varianta může být instalována v jednofázových i třífázových obvodech (jeden pro každou fázi);
- Usměrňovače 380 V mohou převádět velký výkon a vyvíjet významné proudy v zátěži;
- na druhé straně je o něco obtížnější vyrobit třífázový usměrňovač sám, protože sestává z většího počtu součástí.
Výpočet třífázového usměrňovače bude také obtížnější, protože v tomto případě se berou v úvahu vektorové složky proudů a napětí. To je způsobeno skutečností, že v 380 voltových obvodech jsou fázové parametry vůči sobě posunuty o 120 stupňů.
Pochopení podstaty třífázového usměrňovače je hračka. Chcete-li to provést, musíte se seznámit se základy činnosti ventilových zařízení a analyzovat elektrický obvod na jejich začlenění. Znalost principu činnosti usměrňovacích zařízení pomůže uživateli efektivněji je využívat v každodenní práci.
