Трёхфазные выпрямители. 
Основы электротехники, микроэлектроники и управления в 2 т. Том 2

Питание промышленных установок, работающих на постоянном токе, как правило, осуществляется от выпрямительных преобразователей трёхфазного тока средней и большой мощности.

Число фаз выпрямительной схемы определяется выражением:

где р — число фаз вторичной обмотки трансформатора; z — число, характеризующее тактность выпрямительной схемы (для однотактных схем z = 1, для двухтактных z = 2).

Трёхфазный выпрямитель с нулевым выводом

Трёхфазный выпрямитель с нулевым выводом (рис. 7.9) содержит три вентиля (VD1, VD2, VD3), присоединённые анодами к свободным концам фаз вторичных обмоток питающего трёхфазного трансформатора TV. Соединение первичной и вторичной обмоток трансформатора выполнено по схеме «звезда».

Катоды вентилей (VD1 — VD3) при этом объединены в общую точку. При работе выпрямителя вентили поочерёдно пропускают ток в цепь нагрузки. Общая точка катодов вентилей для цепи нагрузки служит положительным полюсом, а нулевая точка вторичной обмотки трансформатора — отрицательным полюсом.

Работа схемы иллюстрируется временными диаграммами, приведёнными на рис. 7.10.

Из временной диаграммы вторичных напряжений (рис. 7.10, а) видно, что в моменты времени, соответствующие углу 2ir/3, напряжение одной фазы выше напряжения двух других фаз, поэтому в это время ток проходит только в цепи вен;

7.9. Схема трёхфазного однотактного выпрямителя с нулевым выводом.

Рис. 7.10. Временные диаграммы токов и напряжений трёхфазного выпрямителя с нулевым выводом.

тиля, который связан с этой фазой. При этом через другие вентили ток проходить не может, так как потенциалы анодов этих вентилей в данный момент времени оказываются ниже потенциала катодов. Переход тока от одного вентиля к другому происходит в моменты времени Г/, /2, О, U и т. д., соответствующие пересечению кривых напряжений U2_a, Щ*, М2_С, (рис. 7.10, а).

Как видно из рис. 7.10, б, ток в цепи каждого вентиля протекает в течение 1/3 периода синусоидального фазного напряжения. Когда потенциал анода работающего вентиля становится ниже потенциала катода, выпрямленный ток /" проходит через нагрузочное сопротивление R_H.

Рассматриваемая схема является однотактной, поскольку во вторичных обмотках трансформатора TV токи протекают только в одном направлении. Поэтому коэффициент пульсаций может быть представлен выражением:

Ток вентиля (рис. 7.10, б) можно представить в виде прямоугольника с высотой /" и основанием 2тг/3. При этом действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора:

Среднее значение выпрямленного напряжения в соответствии с рис. 7.10, б определяется выражением:

/6

Принимая во внимание, что амплитуда вторичного напряжения U_!m = J2U_}, из выражения (7.29) получим зависимость действующего значения напряжения Uj от среднего его значения U":

Следует отметить, что в трёхфазном выпрямителе с нулевым выводом ток во вторичной обмотке трансформатора в любой момент времени протекает только в цепи одной фазы, в то время как в первичной обмотке трансформатора токи протекают по всем трём фазам.

Для определения токораспределения в фазах первичной обмотки трансформатора воспользуемся уравнениями Кирхгофа, составленными для баланса магнитодвижущих сил по замкнутым магнитным контурам или уравнениями для токов при равенстве числа витков первичной и вторичной обмоток (w_A=w_B=W (f^{= w}r, w_a=w_e=w_c= w₂).

Для той части периода, когда ток i_a во вторичной обмотке трансформатора проходит по фазе «А», а в фазах «В» и «С» он равен нулю (i_e-i_c-0), второй закон Кирхгофа для магнитодвижущих сил при равенстве витков в фазах трансформатора для контура / (рис. 7.9) запишется в следующем виде:

Для контура II (рис. 7.9) имеем:

где i'₂ =i₂/n — приведённый вторичный ток фазы «А» трансформатора; п — коэффициент трансформации.

Для точки разветвления первичной обмотки трансформатора справедливо следующее уравнение для токов:

В результате совместного решения уравнений (7.31) и (7.32) получим следующие выражения для токов в первичных фазовых обмотках трансформатора (рис. 7.10, г):

Из (7.33) следует, что первичная обмотка трансформатора, расположенная на одном стержне с нагруженной током вторичной обмоткой, пропускает ток, равный ²/з приведённого нагрузочного тока. При этом две другие фазы первичной обмотки трансформатора пропускают */з нагрузочного тока и согласно (7.33) находятся в противофазе с нагрузочным током.

В следующие части периода подобное токораспределение будет иметь место для двух других фаз. Изменение первичного тока г/ показано на рис. 7.10, г.

Действующее значение первичного фазного тока (без учёта пульсаций) определяется при этом соотношением:

Принимая во внимание, что напряжения первичных и вторичных обмоток трёхфазного трансформатора изменяется по синусоидальному закону, с учётом выражения (7.30) действующее значение фазного напряжения первичной обмотки трансформатора может быть определено из выражения:

Учитывая выражения (7.28), (7.30), (7.34) и (7.35), расчётная мощность трансформатора запишется в следующем виде:

Из схемы (рис. 7.10, б) видно, что максимальное значение выпрямленного напряжения U_Hm равно максимальному значению фазного напряжения:

С учётом (7.30) выражение (7.36) примет вид:

Максимальное значение выпрямленного тока, равное максимальному значению тока вентиля, с учётом (7.37) определится как:

Среднее значение тока вентиля за период в трёхфазной схеме с нулевым выводом:

Так как каждый неработающий вентиль в схеме рис. 7.9 присоединён анодом к одной из фаз трансформатора, а катодом через работающий вентиль присоединён к другой фазе вторичной обмотки трансформатора, то максимальное обратное напряжение на вентиле U_em равно амплитуде линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора:

Уравнение внешней характеристики для трёхфазного выпрямителя с нулевым выводом в относительных единицах можно представить в следующем виде:

где U_h0 — среднее значение выпрямленного напряжения при токе нагрузки, равном нулю (/"=0); /"" - номинальное значение выпрямленного тока нагрузки; 11_к — напряжение короткого замыкания трансформатора в процентах (указывается в его паспортных данных).