Трехфазные выпрямители. Внешние характеристики выпрямителей.

Применение трехфазных выпрямителей позволяет существенно уменьшить пульсацию выпрямленного тока (или напряжения) на нагрузке. Здесь также возможны одно- и двухполупериодная схемы выпрямления.

Анализ процессов при однополупериодном выпрямлении трехфазного тока. Электрическая схема цепи, обеспечивающей указанный принцип выпрямления, приведена на рис. 12.4, а. Как видно, из рисунка, источник трехфазного переменного тока должен иметь нейтральную точку N, поскольку нагрузочный резистор, подключается между этой точкой и узлом N’, образованным катодами диодов VD1, VD2 и VD3.

Осциллограмма выпрямленного тока при чисто активной нагрузке (рис. 12.4, 6) свидетельствует о поочередной проводимости каждого из диодов выпрямительной схемы (рис. 12.4, а), обусловленной изменениями потенциалов на их анодах. Действительно, в любой момент времени под действием трехфазного напряжения потенциал на аноде только одного из диодов имеет наибольшее значение. Этот диод оказывается в открытом состоянии (показано на рис. 12.4, б штриховкой). Продолжительность проводящего режима для каждого из диодов составляет

а переключения диодов в эти состояния выполняются автоматически под действием источника трехфазного напряжения.

Поскольку в любом из проводящих интервалов осциллограмму тока можно рассматривать как косинусоидальную функцию, симметричную относительно средней линии (показана штрихпунктиром на рис. 12.4, б, получаем средний ток в нагрузке

а действующий ток в нагрузке

Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно амплитуде линейного напряжения (рис. 12.4, а), т.е.

Спектральный состав выпрямленного тока

(12.10)

Из выражения (12.10) видно, что выпрямленный ток содержит помимо постоянной составляющей лишь гармоники, кратные трем: третью, шестую и т. д., т. е. основной является третья гармоника. Тогда коэффициент пульсации тока (по третьей гармонике)

Рис. 12.4. Схема однополупериодного выпрямления трехфазного тока (а) и временная диаграмма выпрямленного тока (б)

Анализ процессов при двухполупериодном выпрямлении трехфазного тока. В схеме, реализующей данный принцип выпрямления (рис. 12.5, а), имеется возможность использовать обе полуволны питающего трехфазного напряжения для обеспечения тока в нагрузке. Поэтому выпрямленный ток (рис. 12.5, б) отличается более высоким качеством, а продолжительность проводящих интервалов для последовательно соединенных диодных пар (VD1, VD5; VD2, VD6; VD3, VD4 и др.) составляет

Тогда по аналогии с предыдущим случаем средний ток в нагрузке

действующий ток в нагрузке

максимальное обратное напряжение на диоде (рис. 12.5, а)

Спектральный состав выпрямленного тока

откуда коэффициент пульсации (по шестой гармонике)

Исключительно малый коэффициент пульсации подтверждает высокую эффективность двухполупериодных выпрямителей.

Рис. 12.5. Схеме двухполупериодного выпрямления трехфазного тока (а) и временная диаграмма выпрямленного тока (б)

Внешняя характеристика

— графически выраженная зависимость среднего значения выходного напряжения на нагрузке от среднего значения выходного тока (тока нагрузки) — является важнейшим показателем выпрямительного устройства, определяющим его эксплуатационные возможности.

На рис. 12.6 приведена внешняя характеристика неуправляемого выпрямителя по постоянному току, для которой выходное напряжение

(12.11)

где E_н ср — ЭДС на выходе выпрямителя (напряжение при токе нагрузки, равном нулю); ∆U_{н ср}=I_{н ср}(R_т +R_пр) - падение напряжения от тока нагрузки на резистивном сопротивлении трансформатора (R_т) и диоде (R_пр) соответственно.

Рис. 12.6. Внешняя характеристика выпрямителя