Трехфазный неуправляемый мостовой выпрямитель

Трехфазный неуправляемый мостовой выпрямитель использует оба полупериода питающего напряжения. Схема (рис. 3) выпрямителя содержит трехфазный трансформатор TV, первичная обмотка которого подключена к сети с напряжением u₁.

На вторичной обмотке присутствует напряжение u₂. К зажимам вторичной обмотки подключен мост, который образован вентилями вентилей V1…V6. К объединенным анодам вентилей V1, V3 и V5 подключен один зажим нагрузки R_н, второй зажим которой подключен к объединенным катодам вентилей V2, V4 и V6.

Схема работает следующим образом. Пусть в рассматриваемый момент времени t₁ (рис. 14) наибольшее значение напряжения наблюдается в точке 1, а наименьшее в точке 2. Тогда вентили V1 и V6 оказываются под прямым напряжением, они открываются и подают обратное напряжения на вентили V3 и V5 и вентили V2 и V4, которые запираются.

При этом через открытые вентили V1 и V6 протекают одинаковые анодные токи i_а1 =i_а6 =i_а6,1 по цепи: точка 1, анод-катод вентиля V1, нагрузка R_н, анод-катод вентиля V6, точка 2, вторая фаза вторичной обмотки трансформатора ТV, точка 0, первая фаза вторичной обмотки трансформатора ТV, точка 1.

Через шестую часть периода в момент времени t₂ (рис. 14) максимальный потенциал остается на фазе А, а минимальный потенциал оказывается на фазе С. При этом под прямым напряжением оказываются вентили V1 и V2. Они открываются и запирают вентили V4 и V6, и вентили V3 и V5.

Рис. 3. Схема трехфазного мостового выпрямителя

Открытые вентили V1 и V2 проводят анодные токи i_а1 =i_а2 =i_а1,2 по цепи: точка 1, анод-катод вентиля V1, нагрузка R_н, анод-катод вентиля V2, точка 3, третья фаза вторичной обмотки трансформатора ТV, точка 0, первая фаза вторичной обмотки трансформатора ТV, точка 1.

Еще через шестую часть периода с момента времени t₃ (рис. 4) максимальный потенциал будет на фазе В, а минимальный на фазе С.

Рис. 4. Эпюры сигналов на элементах схемы трехфазного мостового выпрямителя

Под прямым напряжением оказываются вентили V3 и V2, они открываются и запирают вентили V1и V5, и вентили V4 и V6. Через вентили V3 и V2 протекают токи i_а2 =i_а3 =i_а2,3 по цепи: точка 2, анод-катод вентиля V3, нагрузка R_н, анод-катод вентиля V2, точка 3, третья фаза вторичной обмотки трансформатора ТV, точка 0, вторая фаза вторичной обмотки трансформатора ТV, точка 2.

С момента времени t₄ (рис. 14) максимальный потенциал по прежнему на фазе В, а на фазе А присутствует минимальный потенциал. Вентили V3 и V4 открываются, а запираются вентили V1, V5, V2 и V6.

Через открытые вентили V3 и V4 протекают анодные токи i_а3 =i_а4 =i_а3,4 по цепи: точка 2, анод-катод вентиля V3, нагрузка R_н, анод-катод вентиля V4, точка 1, первая фаза вторичной обмотки трансформатора ТV, точка 0, вторая фаза вторичной обмотки трансформатора ТV, точка 2.

На интервале времени t₅ - t₆ (рис. 14) максимальный потенциал на фазе С, а минимальный на фазе А. Под прямым напряжением находятся вентили V5 и V4, которые открываются, закрывая вентили V1, V3, V2 и V6. Открытые вентили V5 и V4 обеспечивают протекание анодных токов i_а4 =i_а5 =i_а4,5 по цепи: точка 3, анод-катод вентиля V5, нагрузка R_н, анод-катод вентиля V4, точка 1, первая фаза вторичной обмотки трансформатора ТV, точка 0, третья фаза вторичной обмотки трансформатора ТV, точка 3.

С момента времени t₆ (рис. 14) происходит очередное изменение соотношения потенциалов фаз. Максимальный потенциал остается на фазе С, а минимальный потенциал приобретает фаза В. Вентили V5 и V6 открываются, а вентили V1, V3, V2 и V4. закрываются. Появляются анодные токи i_а5 =i_а6 =i_а5,6 вентилей V5 и V6,которые протекают по цепи: точка 3, анод-катод вентиля V5, нагрузка R_н, анод-катод вентиля V6, точка 2, вторая фаза вторичной обмотки трансформатора ТV, точка 0, третья фаза вторичной обмотки трансформатора ТV, точка 3.

Во все рассматриваемые интервалы времени по нагрузке протекает ток i_d =i_а6,1+i_а1,2+i_а2,3+i_а3,4+i_а4,5+i_а5,6(рис. 14) в одном и том же направлении, указывая на эффект выпрямления. В каждый момент времени в проводящем состоянии находится пара вентилей. При этом наблюдается следующая последовательность работы пар вентилей: V6 и V1, V1 и V2, V2 и V3, V3 и V4, V4 и V5, V5 и V6, а смена пар происходит через шестую часть периода.

При протекании пульсирующего знакопостоянного тока i_d на нагрузке происходит падение напряжения u_d = i_d R_н, которое так же пульсирует шесть раз за период, что определяет фазность выпрямителя m=6.

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на основании выражения (3) составляет q = 2/( m²-1)= 2/( 6²-1)=0,057.

Среднее значение выпрямленного напряжения U_d определяется путем интегрирования на интервале от –π/6 до π/6 линейного напряжения вторичных обмоток трансформатора.

Действующее значение фазного напряжения U₂ на зажимах вторичной обмотки трансформатора может быть выражено через среднее значение выпрямленного напряжения U_d

Среднее значение выпрямленного тока I_d может быть определено по закону Ома

Действующее значение вторичного тока I₂ трансформатора определяется соотношением I₂= 0,815I_d.

Анализируя эпюры (рис. 14) можно заметить, что углы λ₁, λ_2, λ_3, λ₄, λ₅ и λ₆ открытого состояния вентилей V1, V2_, V3, V4, V5 и V6 равны λ₁=λ₂= λ₃= λ₄=λ₅= λ₆=2π/3, т. е. через каждый вентиль ток I_d протекает треть периода питающего напряжения U₂. Поэтому средние значения анодных токов вентилей V1 … V6 так же равны I_а1=I_а2=I_а3=I_а4=I_а5=I_а6=I_d/3=0,33I_d.

При открытом состоянии пары вентилей закрытые вентили оказываются под линейным напряжением. Наибольшее обратное напряжение U_обр вентиля определяется амплитудой линейного напряжения трансформатора

Расчетная мощность трансформатора S_тр приближается к мощности Р_d нагрузки S_тр = 1,045 Р_d.

В сравнении с нулевым выпрямителем мостовой выпрямитель является более совершенным. Он имеет лучшее качество выпрямления, более высокое выпрямленное напряжение и малое обратное напряжение.