Princíp činnosti a schéma trojfázového mostíkového usmerňovača

Používatelia silových obvodov s napätím 380 voltov v domácnosti potrebujú pasívny (nekontrolovaný) trojfázový usmerňovač. Poznanie niektorých funkcií elektronického zariadenia a existujúcich usmerňovacích obvodov sa ukáže ako veľmi užitočné. To pomôže vlastníkovi energetického zariadenia prevádzkovať ho po dlhšiu dobu kompetentnejšie a efektívnejšie.

Popis usmerňovača

Hlavný rozdiel medzi zariadeniami a ich jednofázovými náprotivkami je nasledovný:

• prvé z nich sú inštalované vo vedeniach s napätím 220 voltov a slúžia na získanie konštantných prúdov nepatrnej veľkosti (do 50 ampérov);
• trojfázové usmerňovače sa používajú v obvodoch, kde pracovné (usmernené) prúdy výrazne prekračujú tento indikátor a dosahujú niekoľko stoviek ampérov.
• v porovnaní s jednofázovými vzorkami majú tieto zariadenia zložitejšiu štruktúru.

Známe rektifikačné obvody trojfázového napätia, ktoré umožňujú dosiahnuť minimálnu úroveň zvlnenia na výstupe.

V elektrotechnike sa im hovorí „trojfázové mostné usmerňovače“, pretože tým, ako otvárajú diódy, riadené polaritou napätia, pripomínajú jednosmerný most cez rieku. Strieda sa iba smer toku elektrónov v nich s frekvenciou 50 Hz, ktorá je neprístupná pre automobily, aby prechádzali striedavo na každú stranu.

Princíp činnosti

Princíp činnosti ľubovoľného sínusového meniča napätia je založený na vlastnostiach usmerňovača špeciálneho polovodičového prvku - germániovej alebo kremíkovej diódy. Keď ním preteká striedavý prúd, kladná polovičná vlna voľne „prechádza“ pracovným elektronickým spojom posunutým smerom dopredu. Keď sú elektróny vystavené negatívnej polovici vlny, narazia na prekážku v podobe potenciálnej bariéry, takže prúd nemôže prechádzať spojom.

V najjednoduchších spínacích obvodoch sa používa neúplný cyklus spracovania variabilných úrovní, pretože druhá polovlna je nenávratne stratená. To výrazne znižuje konvertibilný výkon. Pre zachovanie užitočnej zložky boli vyvinuté 2vlnové usmerňovacie obvody, v ktorých bol počet diód zvýšený na dve.

„Obvod s úplným cyklom“ môže obsahovať 4 usmerňovacie prvky, ale jedná sa o mostíkový obvod.

Polvlnový viacfázový usmerňovač

Spočiatku je pohodlnejšie zvážiť trojfázové usmerňovače s polovičnou vlnou, ktoré sa dajú ľahko vyrobiť a ktoré sa používajú v jednoduchých a lacných obvodoch prevodníkov. Pri ich zostavovaní je v každej z fáz nainštalovaná jedna výkonná dióda, ktorá slúži iba tejto vetve.

Celkovo vzorka polovodičového usmerňovača používa tri polovodičové diódy, ku ktorým je pripojená záťaž. Po preštudovaní diagramov napätí a prúdov získaných na výstupe z elektrického obvodu možno vyvodiť nasledujúce závery:

• účinnosť (účinnosť) takéhoto zariadenia je veľmi nízka;
• užitočný výkon sa stratí pri spracovaní negatívnych polvĺn všetkých troch fáz;
• pri použití takýchto zariadení je veľmi ťažké získať požadované charakteristiky zaťaženia.

Všetky tieto nevýhody polvlnných obvodov prinútili vývojárov ich skomplikovať uplatnením princípu dvojitej paralelnej premeny.

Celovlnový usmerňovač

Niektoré vzorky energetického zariadenia pracujú iba s veľkým množstvom usmerneného prúdu prúdiacim do záťaže. Polvlnové usmerňovače to nemôžu poskytnúť, čo sa vysvetľuje výraznými stratami v nich. Na zvýšenie kapacity zaťaženia v obvodoch s trojfázovým prúdom sa čoraz viac používajú usmerňovače s plnou vlnou, ktoré pre každú fázu obsahujú dve diódy.

Klasické zahrnutie sa v tomto prípade uskutočňuje podľa Larionovovej schémy, na počesť ktorej je pomenovaný samotný usmerňovač.

Analýza pracovných diagramov takého usmerňovača jasne ukazuje jeho nesporné výhody. Počas činnosti týchto obvodov sa používajú kladné aj záporné polvlny, čo zvyšuje účinnosť celého prevodníka. Vysvetľuje to skutočnosť, že trojfázová štruktúra obvodu spolu s usmernením plných vĺn poskytuje šesťnásobné zvýšenie frekvencie zvlnenia. Z tohto dôvodu sa výrazne zvyšuje amplitúda signálu na výstupe po vyhladzovacích kondenzátoroch (v porovnaní s polovodičovým usmerňovačom) a zvyšuje sa výkon dodávaný do záťaže.

Prepojovacie zariadenia

„Obvod usmerňovača trojfázového mostíka“ môže ďalej zvyšovať účinnosť premeny striedavého napätia na jednosmerné napätie. Je pohodlnejšie predstaviť tento spôsob zapínania vo forme kombinácie dvoch polvlnných obvodov s nulovým bodom, v ktorých nepárne diódy tvoria katódovú skupinu a párne ich anódové spojenie. V trojfázovom mostnom obvode sú dve vetvy na spracovanie polovičných vĺn rôznej polarity skutočne spojené do jedného systému.

Princíp činnosti trojfázového mostíkového usmerňovača je najjednoduchšie predstaviť si takto:

• keď na jeho vstup pôsobí striedavý potenciál, pre každú polvlnu sa dve zo štyroch diód ukážu ako otvorené a zapojené akoby do zrkadla;
• v prvom prípade sa usmerní kladná polovičná vlna vstupného napätia a v druhom prípade záporná;
• Výsledkom je, že na výstupe z tohto priečneho obvodu vždy pôsobí plus na jeden pól mosta a mínus na druhý.

V trojfázových usmerňovacích mostíkoch aj v obvodoch s plnou vlnou na diódových križovatkách sa časť vstupného napätia stráca (na každej dióde - nie viac ako 0,6 voltu).

Celková strata na cyklus (pozitívna a negatívna) v trojfázovom mostíku bude teda 1,2 Voltu. Návrhári zariadení usmerňovačov vždy berú do úvahy tieto straty a vopred nastavia mierne nadhodnotené vstupné parametre, aby získali požadovaný výstupný výkon.

Schémy alebo grafy mostíkových napätí sú najlepším potvrdením, že tento spôsob pripojenia diód k obvodu usmerňovača poskytuje maximálny prenos energie. Súčasne je možné najčastejšie kompenzovať malé straty napätia v križovatkách vďaka lepšiemu filtrovaniu v sekundárnych obvodoch.

Vlastnosti trojfázového mosta a možnosti jeho konštrukcie

Trojfázové obvody usmerňovacieho mostíka majú možnosti vylepšenia parametrov zariadenia. Môžu byť vylepšené zavedením ďalších ventilových prvkov. Sú vybavené 6, 9 alebo dokonca 12 usmerňovacími diódami zapojenými podľa schémy „hviezda“ alebo „trojuholník“.

Čím viac fáz (alebo párov diód) sa použije v obvode usmerňovača, tým menšie je zvlnenie výstupného napätia.

Ako príklad uveďme zariadenie s 12 usmerňovacími diódami. Jedna zo skupín v množstve 6 kusov je v tomto prípade zahrnutá podľa "hviezdnej" schémy so spoločným nulovým bodom a druhá - do trojuholníka (bez zeme). Berúc do úvahy skutočnosť, že usmerňovače sú zapojené do série, sú potenciály na výstupe systému sčítané a frekvencia zvlnenia v záťaži je 12-krát vyššia ako hodnota v sieti (50 Hz). Po filtrovaní sa napätie dodávané spotrebiteľovi vyznačuje vyššou kvalitou.

Porovnanie jednofázových a trojfázových zariadení

Pri porovnaní trojfázových usmerňovacích obvodov s jednofázovými analógmi je dôležité vziať do úvahy nasledujúce body:

• prvé sa používajú iba v napájacích sieťach s napätím 380 voltov a druhý typ sa môže inštalovať v jednofázových aj trojfázových obvodoch (jeden pre každú z fáz);
• usmerňovače 380 Volt vám umožňujú prevádzať veľký výkon a vyvíjať významné prúdy v záťaži;
• na druhej strane je výroba vlastného trojfázového usmerňovača o niečo zložitejšia, pretože pozostáva z väčšieho počtu komponentov.

Výpočet trojfázového usmerňovača bude tiež ťažší, pretože v tomto prípade sa berú do úvahy vektorové zložky účinných prúdov a napätí. Je to spôsobené tým, že v obvodoch 380 voltov sú fázové parametre navzájom posunuté o 120 stupňov.

Nie je ťažké pochopiť podstatu činnosti trojfázového usmerňovača. Aby ste to dosiahli, musíte sa oboznámiť so základmi ventilových zariadení a analyzovať elektrický obvod na ich pripojenie. Znalosť princípu činnosti usmerňovačov pomôže užívateľovi efektívnejšie ich využívať v každodennej práci.