Потребителите на 380 волтови силови вериги в домакинството се нуждаят от пасивен (неконтролиран) трифазен изправител. Познаването на някои от характеристиките на електронното устройство и съществуващите схеми за коригиране ще бъде много полезно. Това ще помогне на собственика на силовото оборудване да го управлява по-компетентно и рационално за дълго време.
Описание на токоизправители
Основната разлика между устройствата от техните еднофазни аналози се проявява в следното:
- първите са инсталирани в 220 волтови линии и се използват за получаване на постоянни токове с незначителна величина (до 50 ампера);
- трифазни токоизправители се използват в вериги, където работещите (ректифицирани) токове значително надвишават този показател и достигат няколкостотин ампера.
- в сравнение с еднофазните проби, тези устройства имат по-сложно устройство.
Известни схеми за изправяне на трифазно напрежение, позволяващи получаване на минимално ниво на пулсация на изхода.
В електротехниката те се наричат „трифазни мостови изправители“, тъй като по метода на отваряне на диодите, контролирани от полярността на напрежението, те приличат на мост над река с еднопосочен трафик. Само посоката на електронния поток в тях се редува с честота 50 Hz, недостъпна за автомобилите да се редуват във всяка посока.
Принцип на работа
Принципът на работа на всеки синусоидален преобразувател на напрежение се основава на коригиращите свойства на специален полупроводников елемент - германий или силициев диод. Когато променлив ток протича през него, положителната полувълна свободно "преминава" през работещия електронен преход, който се измества в посока напред. Под въздействието на отрицателна полувълна електроните срещат препятствие под формата на потенциална бариера, така че токът да не може да тече през прехода.
В най-простите схеми за превключване се използва непълен цикъл на обработка на променливи нива, тъй като втората полувълна е безвъзвратно загубена. Това значително намалява преобразуваната мощност. За да се запази полезният компонент, са разработени 2 схеми за ректификация на половин вълна, при които броят на диодите е увеличен до два.
Една верига с пълен цикъл може да съдържа 4 токоизправителни елемента, но такава схема принадлежи към категорията мост.
Полувълнов многофазен изправител
Първо, по-удобно е да разгледаме трифазни еднополовинни токоизправители, които са лесни за производство и се използват в прости и евтини конверторни вериги. Когато те са изградени, един мощен диод е инсталиран във всяка от фазите, обслужващ само този клон.
Общо в полувълнова проба на изправително устройство се използват три полупроводникови диода с натоварени към тях товари. След проучване на диаграмите на напрежения и токове, получени на изхода на електрическа верига, можем да направим следните изводи:
- ефективността (COP) на действието на такова устройство е много ниска;
- нетната мощност се губи при обработката на отрицателните полувълни и на трите фази;
- при използване на такива устройства е много трудно да се получат необходимите характеристики за натоварване.
Всички тези недостатъци на полувълнови вериги принудиха разработчиците да ги усложнят, като прилагат принципа на двойно паралелно преобразуване.
Полувълнов изправител
Някои проби от енергийно оборудване работят само с голямо количество изправен ток, протичащ в товара.Той не е в състояние да осигури изправници на половин вълна, което се обяснява със значителни загуби в тях. За увеличаване на товароносимостта в трифазни вериги на ток, все по-често се използват токоизправителни устройства с две полувълни, съдържащи два диода за всяка фаза.
Класическото включване в този случай е направено по схемата на Ларионов, в която самото устройство на токоизправителя е кръстено.
Анализ на работните диаграми на такъв изправител ясно показва неговите неоспорими предимства. Когато се използват тези вериги, се използват както положителни, така и отрицателни полувълни, което повишава ефективността на целия конвертор. Това се обяснява с факта, че трифазната структура на веригата, заедно с двуполовинна вълна, осигурява шесткратно увеличение на честотата на пулсация. Поради това амплитудата на изходния сигнал след изглаждане на кондензатори забележимо се увеличава (в сравнение с полувълнов изправител), а мощността, предавана на товара, се увеличава.
Мостови устройства
"Трифазната верига за изправяне на мост" позволява още повече да се увеличи ефективността на преобразуването на променливотоковото напрежение в постоянен ток. По-удобно е да се представи този метод на превключване под формата на комбинация от две полувълнови вериги с нулева точка, в които нечетните диоди образуват катодната група, а четните образуват своята анодна комбинация. В трифазна мостова верига два клона на обработката на полувълни с различна полярност всъщност се комбинират в една система.
Принципът на работа на трифазен мостов изправител е най-лесно да си представим така:
- когато променлив потенциал действа на входа си, за всяка полувълна се отварят два от четирите диода, които се включват като в огледало;
- в първия случай положителната полувълна на входното напрежение се изправя, а във втория - отрицателна;
- в резултат на това изходът на такава кръстосана верига винаги има плюс на единия полюс на моста, а на другия - минус.
Както в трифазните токоизправителни мостове, така и в полувълнови вериги в диодни съединения, част от входното напрежение се губи (при всеки диод - не повече от 0,6 волта).
Така общата загуба на цикъл (положителна и отрицателна) в трифазен мост ще бъде 1,2 волта. Разработчиците на токоизправително оборудване винаги вземат предвид тези загуби и, за да получат необходимата мощност на изхода, малко надценяват входните параметри предварително.
Диаграмите на напрежението или диаграмите на мостовите вериги са най-доброто потвърждение, че този метод за свързване на диоди към токоизправителната верига осигурява максимален пренос на енергия. В същото време малките загуби на напрежение в кръстовищата най-често се компенсират чрез по-добро филтриране във вторичните вериги.
Характеристики на трифазен мост и неговите възможности за изграждане
Мостовите вериги на трифазните токоизправители имат опции за подобряване на параметрите на устройството. Те могат да бъдат подобрени чрез въвеждане на допълнителни клапанни елементи. Те инсталират 6, 9 или дори 12 изправителни диода, свързани според схемата "звезда" или "триъгълник".
Колкото повече фази (или двойки диоди) се използват в токоизправителната верига, толкова по-ниско е нивото на пулсация на изходното напрежение.
Като пример, разгледайте устройство с 12 изправителни диода. Една от групите от 6 броя е включена в този случай съгласно схемата "звезда" с обща нулева точка, а втората - в триъгълник (без земя). Като се има предвид, че изправителите са свързани последователно, потенциалите на изхода на системата се сумират и пулсационната честота в натоварването е 12 пъти по-голяма от мрежовата стойност (50 Hz). След филтриране напрежението, доставено на потребителя, се характеризира с по-високо качество.
Сравнение на еднофазни и трифазни устройства
Когато сравнявате трифазни схеми за ректификация с еднофазни аналози, важно е да отбележите следните точки:
- първите се използват само в 380 волтови мрежи, а вторият може да бъде инсталиран както в еднофазни, така и в трифазни вериги (по една за всяка от фазите);
- 380 волтови изправители могат да преобразуват голяма мощност и да развиват значителни токове в товара;
- от друга страна, е малко по-трудно да се направи трифазен токоизправител самостоятелно, тъй като той се състои от по-голям брой компоненти.
Изчисляването на трифазен токоизправител също ще бъде по-трудно, тъй като в този случай се вземат предвид векторните компоненти на токовете и напреженията. Това се дължи на факта, че във веригите от 380 волта фазовите параметри се изместват една спрямо друга със 120 градуса.
Разбирането на същността на трифазен токоизправител е моментно. За да направите това, ще трябва да се запознаете с основите на работата на вентилните устройства и да анализирате електрическата верига за тяхното включване. Познаването на принципа на работа на изправителните устройства ще помогне на потребителя да го използва по-ефективно в ежедневната работа.
