Użytkownicy 380-woltowych obwodów zasilających w gospodarstwie domowym potrzebują pasywnego (niekontrolowanego) trójfazowego prostownika. Znajomość niektórych funkcji urządzenia elektronicznego i istniejących schematów naprawczych będzie bardzo przydatna. Pomoże to właścicielowi urządzenia energetycznego w bardziej kompetentnym i racjonalnym działaniu przez długi czas.
Opis prostowników
Główna różnica między urządzeniami od ich jednofazowych analogów przejawia się w:
- pierwsze są zainstalowane w liniach 220 woltów i służą do uzyskania stałych prądów o niewielkiej wielkości (do 50 amperów);
- trójfazowe prostowniki są stosowane w obwodach, w których prądy robocze (prostowane) znacznie przekraczają ten wskaźnik i osiągają kilkaset amperów.
- w porównaniu z próbkami jednofazowymi urządzenia te mają bardziej złożone urządzenie.
Znane schematy prostowania napięcia trójfazowego, pozwalające uzyskać minimalny poziom tętnienia na wyjściu.
W elektrotechnice nazywane są one „trójfazowymi prostownikami mostkowymi”, ponieważ sposobem, w jaki otwierają diody sterowane polaryzacją napięcia, przypominają most nad rzeką o ruchu jednokierunkowym. Jedynie kierunek przepływu elektronów w nich zmienia się z częstotliwością 50 Hz, niedostępnym dla samochodów zmieniających się w każdym kierunku.
Zasada działania
Zasada działania dowolnego sinusoidalnego przetwornika napięcia opiera się na właściwościach prostowniczych specjalnego elementu półprzewodnikowego - diody germanowej lub krzemowej. Podczas przepływu prądu przemiennego dodatnia półfala swobodnie „przepływa” przez pracujące przejście elektroniczne, które jest przesuwane w kierunku do przodu. Pod wpływem ujemnej półfali elektrony napotykają przeszkodę w postaci bariery potencjalnej, przez co prąd nie może przepłynąć przez przejście.
W najprostszych schematach przełączania stosuje się niepełny cykl przetwarzania zmiennych poziomów, ponieważ druga półfala jest bezpowrotnie utracona. To znacznie zmniejsza moc przekształcaną. Aby zachować przydatny komponent, opracowano 2 schematy rektyfikacji półfalowych, w których liczbę diod zwiększono do dwóch.
„Obwód pełnego cyklu” może zawierać 4 elementy prostownicze, ale taki obwód należy do kategorii mostka.
Wielofazowy prostownik półfalowy
Po pierwsze, wygodniej jest rozważyć trójfazowe prostowniki jednopółfalowe, które są proste w produkcji i stosowane w prostych i niedrogich obwodach konwertera. Kiedy są zbudowane, jedna potężna dioda jest instalowana w każdej fazie, służąc tylko tej gałęzi.
W sumie w próbce półfalowej urządzenia prostowniczego stosuje się trzy diody półprzewodnikowe z podłączonymi do nich obciążeniami. Po przestudiowaniu schematów napięć i prądów uzyskanych na wyjściu obwodu elektrycznego możemy wyciągnąć następujące wnioski:
- wydajność (COP) działania takiego urządzenia jest bardzo niska;
- moc netto jest tracona podczas przetwarzania ujemnych półfal wszystkich trzech faz;
- podczas korzystania z takich urządzeń bardzo trudno jest uzyskać wymaganą charakterystykę obciążenia.
Wszystkie te wady obwodów półfalowych zmusiły programistów do ich skomplikowania poprzez zastosowanie zasady podwójnej równoległej konwersji.
Prostownik półfalowy
Niektóre próbki urządzeń elektroenergetycznych działają tylko przy dużej ilości prądu rektyfikowanego przepływającego przez obciążenie.Nie jest w stanie zapewnić prostowników półfalowych, co tłumaczy się znacznymi stratami w nich. Aby zwiększyć obciążalność w obwodach prądu trójfazowego, coraz częściej stosuje się prostowniki dwufazowe zawierające dwie diody dla każdej fazy.
Klasyczne włączenie w tym przypadku odbywa się zgodnie ze schematem Larionowa, w którym nazwane jest samo urządzenie prostownicze.
Analiza schematów roboczych takiego prostownika wyraźnie pokazuje jego niepodważalne zalety. Gdy stosuje się te obwody, stosowane są zarówno półfale dodatnie, jak i ujemne, co podnosi wydajność całego przetwornika. Wyjaśnia to fakt, że trójfazowa struktura obwodu wraz z rektyfikacją dwóch połówek fali zapewnia sześciokrotny wzrost częstotliwości pulsacji. Z tego powodu amplituda sygnału wyjściowego po wygładzeniu kondensatorów znacznie wzrasta (w porównaniu z prostownikiem półfalowym), a moc przenoszona na obciążenie wzrasta.
Urządzenia mostkowe
„Trójfazowy obwód mostkowy” pozwala jeszcze bardziej zwiększyć efektywność przekształcania napięcia przemiennego w prąd stały. Bardziej dogodne jest przedstawienie tej metody przełączania w postaci kombinacji dwóch półfalowych obwodów punktu zerowego, w których diody nieparzyste tworzą grupę katodową, a parzyste tworzą ich kombinację anod. W trójfazowym obwodzie mostkowym dwie gałęzie przetwarzania półfal o różnej biegunowości są w rzeczywistości połączone w jeden układ.
Zasada działania trójfazowego prostownika mostkowego jest najłatwiejsza do wyobrażenia:
- gdy na jego wejściu działa przemienny potencjał, dla każdej połowy fali otwierają się dwie z czterech diod, które są włączone jak w lustrze;
- w pierwszym przypadku dodatnia półfala napięcia wejściowego jest wyprostowana, aw drugim ujemna;
- w rezultacie wyjście takiego obwodu zwrotnicy ma zawsze plus na jednym biegunie mostka, a minus na drugim.
Zarówno w trójfazowych mostkach prostowniczych, jak i obwodach półfalowych na stykach diod, część napięcia wejściowego jest tracona (na każdej diodzie - nie więcej niż 0,6 wolta).
Całkowita strata na cykl (dodatnia i ujemna) w mostku trójfazowym wyniesie zatem 1,2 wolta. Deweloperzy urządzeń prostowniczych zawsze uwzględniają te straty i, aby uzyskać wymaganą moc na wyjściu, nieco zawyżają parametry wejściowe z góry.
Diagramy napięcia lub diagramy obwodów mostkowych są najlepszym potwierdzeniem, że ta metoda podłączenia diod do obwodu prostownika zapewnia maksymalny transfer energii. Jednocześnie niewielkie straty napięcia na skrzyżowaniach są najczęściej kompensowane przez lepsze filtrowanie w obwodach wtórnych.
Cechy mostka trójfazowego i jego opcje konstrukcyjne
Obwody mostkowe prostowników trójfazowych mają opcje poprawy parametrów urządzenia. Można je ulepszyć, wprowadzając dodatkowe elementy zaworów. Instalują 6, 9 lub nawet 12 diod prostowniczych połączonych zgodnie ze schematem „gwiazda” lub „trójkąt”.
Im więcej faz (lub par diod) jest używanych w obwodzie prostownika, tym niższy poziom tętnienia napięcia wyjściowego.
Jako przykład rozważmy urządzenie z 12 diodami prostowniczymi. Jedna z grup po 6 sztuk jest uwzględniona w tym przypadku zgodnie ze schematem „gwiazdy” ze wspólnym punktem zerowym, a druga - w trójkącie (bez ziemi). Biorąc pod uwagę, że prostowniki są połączone szeregowo, potencjały na wyjściu systemu są sumowane, a częstotliwość tętnienia w obciążeniu jest 12 razy większa niż wartość sieci (50 Hz). Po filtrowaniu napięcie dostarczane do odbiornika charakteryzuje się wyższą jakością.
Porównanie urządzeń jednofazowych i trójfazowych
Porównując trójfazowe schematy rektyfikacyjne z analogami jednofazowymi, należy zwrócić uwagę na następujące punkty:
- pierwsze są stosowane tylko w sieciach elektroenergetycznych 380 woltów, a druga odmiana może być instalowana zarówno w obwodach jednofazowych, jak i trójfazowych (po jednym dla każdej fazy);
- Prostowniki 380 woltów mogą przetwarzać dużą moc i wytwarzać znaczne prądy w obciążeniu;
- z drugiej strony nieco trudniej jest samodzielnie wykonać trójfazowy prostownik, ponieważ składa się on z większej liczby elementów.
Obliczenie prostownika trójfazowego będzie również trudniejsze, ponieważ w tym przypadku brane są pod uwagę składowe wektorowe prądów i napięć. Wynika to z faktu, że w obwodach 380 woltów parametry faz są przesunięte względem siebie o 120 stopni.
Zrozumienie istoty prostownika trójfazowego jest bardzo proste. Aby to zrobić, musisz zapoznać się z podstawami działania urządzeń zaworowych i przeanalizować obwód elektryczny pod kątem ich włączenia. Znajomość zasady działania urządzeń prostowniczych pomoże użytkownikowi efektywniej wykorzystać je w codziennej pracy.
