Užívatelia 380 V elektrických obvodov v domácnosti potrebujú pasívny (nekontrolovaný) trojfázový usmerňovač. Veľmi užitočné bude poznať niektoré z funkcií elektronického zariadenia a existujúce schémy nápravy. Toto pomôže majiteľovi energetického zariadenia dlhodobo pracovať kompetentnejšie a racionálnejšie.
Opis usmerňovačov
Hlavný rozdiel medzi zariadeniami od ich jednofázových analógov sa prejavuje v nasledujúcom:
- prvé sú inštalované v 220 voltových vedeniach a používajú sa na získanie konštantných prúdov zanedbateľnej veľkosti (do 50 A);
- trojfázové usmerňovače sa používajú v obvodoch, v ktorých pracovné (usmernené) prúdy výrazne presahujú tento ukazovateľ a dosahujú niekoľko stoviek ampérov.
- v porovnaní s jednofázovými vzorkami majú tieto zariadenia zložitejšie zariadenie.
Známe schémy na usmerňovanie trojfázového napätia, ktoré umožňujú získať na výstupe minimálnu úroveň zvlnenia.
V elektrotechnike sa nazývajú „trojfázové mostíkové usmerňovače“, pretože pri spôsobe otvárania diód riadených polaritou napätia sa podobajú mostu cez rieku s jednosmernou prevádzkou. Iba smer toku elektrónu v nich sa strieda s frekvenciou 50 Hz, čo je pre autá nedostupné, aby sa striedali v každom smere.
Princíp činnosti
Princíp činnosti každého sínusového meniča napätia je založený na usmerňovacích vlastnostiach špeciálneho polovodičového prvku - germániovej alebo kremíkovej diódy. Keď ním preteká striedavý prúd, kladná polovica vlny voľne „prechádza“ cez pracovný elektronický prechod, ktorý sa posúva smerom dopredu. Elektróny pod vplyvom zápornej polvlny narážajú na prekážku vo forme potenciálnej bariéry, takže prúd nemôže pretekať prechodom.
V najjednoduchších spínacích schémach sa používa neúplný cyklus spracovania premenných úrovní, pretože druhá polovica vlny sa nenávratne stratí. To významne znižuje prevádzaný výkon. S cieľom zachovať užitočnú zložku sa vyvinuli dve polovičné vlnové rektifikačné schémy, v ktorých sa počet diód zvýšil na dve.
„Obvod s úplným cyklom“ môže obsahovať 4 usmerňovacie prvky, ale taký obvod patrí do kategórie mostíka.
Polfázový viacfázový usmerňovač
Najprv je vhodnejšie uvažovať o trojfázových jednofázových usmerňovačoch, ktoré sa ľahko vyrábajú a používajú sa v jednoduchých a lacných obvodoch prevodníka. Keď sú postavené, v každej z fáz je nainštalovaná jedna výkonná dióda, ktorá slúži iba tejto vetve.
Celkovo sa vo vzorke polovičnej vlny usmerňovacieho zariadenia používajú tri polovodičové diódy s pripojenými záťažami. Po preštudovaní schém napätia a prúdov získaných na výstupe elektrického obvodu môžeme vyvodiť tieto závery:
- účinnosť (COP) pôsobenia takéhoto zariadenia je veľmi nízka;
- čistý výkon sa stráca, keď sa spracovávajú záporné polvlny všetkých troch fáz;
- pri použití takýchto zariadení je veľmi ťažké získať požadované charakteristiky zaťaženia.
Všetky tieto nedostatky polvlnných obvodov prinútili vývojárov, aby ich komplikovali uplatnením zásady dvojitej paralelnej konverzie.
Usmerňovač polvlny
Niektoré vzorky energetických zariadení pracujú iba s veľkým množstvom usmerneného prúdu tečúceho v záťaži.Nie je schopná poskytnúť polovičné vlnové usmerňovače, čo sa vysvetľuje značnými stratami v nich. Na zvýšenie kapacity záťaže v trojfázových prúdových obvodoch sa stále viac používajú usmerňovacie zariadenia s dvoma polovičnými vlnami obsahujúce dve diódy pre každú fázu.
Klasické zahrnutie sa v tomto prípade robí podľa Larionovovej schémy, v ktorej je pomenované samotné usmerňovacie zariadenie.
Analýza pracovných schém takéhoto usmerňovača jasne ukazuje jeho nesporné výhody. Ak sa tieto obvody používajú, používajú sa kladné aj záporné polvlny, čo zvyšuje účinnosť celého meniča. Toto je vysvetlené skutočnosťou, že trojfázová štruktúra obvodu, spolu s dvojpólovým usmerňovaním, poskytuje šesťnásobné zvýšenie pulzačnej frekvencie. V dôsledku toho sa amplitúda výstupného signálu po vyhladzovacích kondenzátoroch zreteľne zvyšuje (v porovnaní s polovičným usmerňovačom) a zvyšuje sa výkon prenášaný do záťaže.
Mostné zariadenia
„Trojfázový usmerňovací obvod mostíka“ umožňuje ešte viac zvýšiť účinnosť konverzie striedavého napätia na jednosmerný prúd. Je vhodnejšie predstaviť tento spôsob prepínania vo forme kombinácie dvoch polvlnných obvodov s nulovým bodom, v ktorých nepárne diódy tvoria katódovú skupinu, a párne vytvárajú svoju anódovú kombináciu. V trojfázovom mostíkovom obvode sú dve vetvy spracovania polvlnov s rôznou polaritou skombinované do jedného systému.
Princíp činnosti trojfázového usmerňovača mostíka je najjednoduchšie si predstaviť takto:
- keď na jeho vstupe pôsobí striedavý potenciál, pre každú polvlnu sa zapnú dve diódy zo štyroch, ako keby boli pripojené zrkadlom;
- v prvom prípade je vyrovnaná kladná polovica vstupného napätia a v druhom záporná;
- výsledkom je, že výstup takého prechodového obvodu má kladné znamienko na jednom póle mosta a mínus na druhom.
V trojfázových usmerňovacích mostoch aj v polvlnovom obvode na spojoch s diódami sa stratí časť vstupného napätia (v každej dióde nie viac ako 0,6 V).
Celková strata za cyklus (pozitívna a negatívna) v trojfázovom mostíku bude teda 1,2 voltu. Vývojári usmerňovacieho zariadenia tieto straty vždy berú do úvahy a za účelom získania požadovaného výkonu na výstupe sú vopred o niečo nadhodnotené vstupné parametre.
Schémy napätia alebo schémy mostíkových obvodov sú najlepším potvrdením, že tento spôsob pripojenia diód na usmerňovací obvod poskytuje maximálny prenos energie. Súčasne sa malé straty napätia na spojoch najčastejšie kompenzujú lepšou filtráciou v sekundárnych obvodoch.
Vlastnosti trojfázového mosta a jeho konštrukčné možnosti
Mostné obvody trojfázových usmerňovačov majú možnosti na zlepšenie parametrov zariadenia. Môžu sa vylepšiť zavedením ďalších ventilových prvkov. Inštalujú 6, 9 alebo dokonca 12 usmerňovacích diód zapojených podľa schémy „hviezda“ alebo „trojuholník“.
Čím viac fáz (alebo párov diód) sa používa v usmerňovacom obvode, tým nižšia je úroveň zvlnenia výstupného napätia.
Ako príklad možno uviesť zariadenie s 12 usmerňovacími diódami. Jedna zo skupín po 6 kusoch je v tomto prípade zahrnutá do schémy „hviezd“ so spoločným nulovým bodom a druhá do trojuholníka (bez zeme). Vzhľadom na to, že usmerňovače sú zapojené do série, sú sčítané potenciály na výstupe systému a vlnová frekvencia v záťaži je 12-násobkom sieťovej hodnoty (50 Hz). Po filtrácii sa napätie dodávané spotrebiteľovi vyznačuje vyššou kvalitou.
Porovnanie jednofázových a trojfázových zariadení
Pri porovnaní trojfázových rektifikačných schém s jednofázovými analógmi je dôležité vziať do úvahy tieto body:
- prvé sa používajú iba v 380 voltových energetických sieťach a druhá variácia sa môže inštalovať do jednofázových aj trojfázových obvodov (jeden pre každú fázu);
- Usmerňovače 380 V môžu prevádzať veľký výkon a vyvíjať významné prúdy v záťaži;
- na druhej strane je trochu ťažšie vyrobiť trojfázový usmerňovač sám, pretože pozostáva z väčšieho počtu komponentov.
Výpočet trojfázového usmerňovača bude tiež ťažší, pretože v tomto prípade sa berú do úvahy vektorové zložky prúdov a napätí. Je to spôsobené skutočnosťou, že v 380 voltových obvodoch sú fázové parametre posunuté voči sebe o 120 stupňov.
Pochopenie podstaty trojfázového usmerňovača je hračka. Aby ste to dosiahli, musíte sa oboznámiť so základmi činnosti ventilových zariadení a analyzovať elektrický obvod na ich začlenenie. Znalosť princípu činnosti usmerňovacích zariadení pomôže užívateľovi ich efektívnejšie využívať v každodennej práci.
