Трехфазная мостовая схема. Принцип работы. Основные характеристики

Предложена А.Н.Ларионовым в 1923г. Первичные и вторичные обмотки можно соединять звездой или треугольником. При появлении наибольшей разности потенциалов на концах двух фазных обмоток открываются соответствующие два диода и ток проходит через нагрузку.

В промежутке времени t0-t2 (рисунок 3.15,б) наибольший поло­жительный потенциал (относительно точки О) на конце обмотки первой фазы 1ф, а наибольший отрицательный - на конце обмотки второй фазы 2ф. Под воздействием этой разности потенциалов ток проходит от конца обмотки фазы 1ф через диод VD2, нагрузку RН, диод VDЗ к концу обмотки фазы 2ф. Хотя за этот промежуток времени на конце обмотки третьей фазы существуют положительный, а затем отрицательный потенциалы, но они меньше потенциалов на концах двух других обмоток, поэтому диоды VD5 и VD6 остаются закрытыми. В период времени t2 - t4 наибольший положительный потенциал имеется еще на конце обмотки фазы 1ф, а наибольший отрицательный - на конце обмотки фазы 3ф. Поэ­тому ток будет протекать от конца обмотки фазы 1ф через диод VD2, нагрузку Rн, диод VD5 к концу обмотки фазы Зф.

б – напряжение на вторичных фазных обмотках; в – выпрямленного тока и напряжения; г – тока, протекающего через диод VD2; д – тока, протекающего через фазную обмотку 1ф; е – изменения обратного напряжения на диоде

При дальнейшей работе схемы в каждый момент времени (работают два диода (за исключением моментов времени t0, t2 и далее, когда работают три диода). Каждый диод пропускает ток в течение 1/3 периода, работая попеременно с двумя другими диодами.

Напряжение на нагрузке пульсирует вследствие изменения мгновенных значений напряжения между концами фазных обмоток. Действительно, если наблюдать характер изменения напряжения между концами фазных обмоток за время от t0до t2 (см. рисунок 3.15,6), то будет видно, что ut1 > (ut0 = ut2).

Кривая (рисунок 3.15,д) показывает, что обмотки используются в течение 2/3 периода и подмагничивание сердечника отсутствует. Ток первичной обмотки имеет ту же форму, что и ток вторичной, отличаясь от него только по амплитуде. Обратное напряжение на диоде (рисунок 3.15,е) определяется так же, как и в трехфазной однополупериодной схеме.

В трехфазной мостовой схеме постоянную составляющую вы­прямленного напряжения можно представить как сумму постоян­ных составляющих двух- и трехфазных (однополупериодных) вы­прямителей. Поэтому по выражению (3.29) получим действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора U0 = 2·U2/0.855 = 2.34·U2 (3.38) где U2- фазное напряжение вторичной обмотки.

Выражение (3.38) удобнее представить в виде U2 = 0.43·U0 для фазного напряжения и U2Л = √3·U2 = 0.74·U0 для линейного напряжения.

Кривая тока вторичной обмотки трансформатора (см. рисунок 3.15,д) содержит четыре одинаковых части длительностью, равной 1/6 периода. Действующее значение тока вторичной обмотки транс­форматора . (3.39). Амплитудное значение тока, проходящего через обмотку транс­форматора, I2m = U2Л·√2/R. Подставив значение U2л из выражения (3.38), получим I2m = 1.04·I0. (3.40). Подставляя выражение (3.40) в формулу (3.39), получим I2 = 0,81·I0. Кривые тока в первичной и вторичной обмотках имеют оди­наковую форму, поэтому действующий ток первичной обмотки I1 = I2/nT = 0.81·I0/nT.

Расчетные мощности первичной и вторичной обмоток S1 = 3·U1I1 = 3·nTU2I1 = 1.045·P0, S2 =3·U2I2 = 1.045·P0. Так как S1 = S2, то расчетная мощность трансформатора SТ = 1,045Р0.

В трехфазной мостовой схеме обратное напряжение, прихо­дящееся на один диод, такое же, как и в трехфазной однополупериодной схеме (см. рисунок 3.15, е). Из выражения (3.37) Uобр = 2.44·U2 = 1,04·U0. Средний ток диода в 3 раза меньше выпрямленного тока Iср.д = I0/3.

Действующий ток диода (см. риснок 3.15, г) . Данное выражение отличается от выражения для действующего тока вторичной обмотки (3.39) только числовым коэффициентом, поэтому можно написать Iд = 0,78·I2m.√2 = 0.578·I0. Амплитудный ток через диод такой же, как и ток во вторичной обмотке трансформатора. Согласно (3.40) Iдm = I2m = 1.04·I0.

По выражениям (3.1) и (3.2) число фаз выпрямления m = 3·2 = 6, а частота первой гармоники f1 = 6·50 = 300 Гц. По выражению (3.4) коэффициент пульсации nП = 0,057.

Мостовая схема имеет следующие преимущества: меньшие габа­ритные размеры и массу трансформатора; более высокую частоту первой гармоники, позволяющую существенно упростить конструк­цию фильтра; малый коэффициент пульсации, вследствие чего допускается иногда использовать схему без дополнительного сгла­живания. Схему используют в выпрямительных установках средней и большой мощности.