Трехфазная двухтактная схема (схема Ларионова)

При этом вторичную обмотку трансформатора можно включать и звездой и треугольником, но чаще она включается в звезду, так как при этом есть возможность использовать нулевую точку для снятия половинного выпрямленного напряжения (рис. 4.12).

Каждая фаза обмотки трансформатора подключается к аноду одного и к катоду другого вентиля. 3 вентиля соединяются между собой в общую точку анодами (1, 3, 5) и образуют анодную группу вентилей, создающую (-) полюс на выходе, а 3 других вентиля образуют катодную группу вентилей и (+) полюс на выходе.

Рис. 4.15. Трехфазная двухтактная схема (схема Ларионова)

В анодной группе проводящим будет тот вентиль, на катоде которого наибольший отрицательный потенциал, а в катодной группе – тот, на аноде которого будет наибольший положительный потенциал. В любой момент времени ток протекает через 2 последовательно соединенных вентиля, сопротивление нагрузки и обмотки двух фаз.

Работа каждой пары вентилей происходит в течение 1/6 периода. Порядок следования фаз определяет, через какие пары вентилей протекает ток. Если изменить этот порядок, то изменится сочетание последовательно соединенных вентилей. В течение каждого периода выпрямляемого тока через каждую фазу трансформатора протекает 2 импульса тока положительной полярности в течение 1/3Т (каждый импульс длиться Т/6) и 2 импульса тока отрицательной полярности с той же длительностью (рис. 4.13). Т.о., каждая фаза трансформатора работает в течение 2Т/3, а каждый вентиль работает Т/3. Напряжение на выходе выпрямителя равно огибающей, полученной при выпрямлении 6-ти тактов напряжения (m=6 для этой схемы), а величина его равна мгновенному значению линейного напряжения между двумя фазами в период открывания вентилей в этих фазах.

Рис. 4.13. Временные диаграммы работы трехфазной двухтактной

схемы выпрямления

Величина постоянной составляющей выпрямленного напряжения определяется, как

(4.20)

аналогично можно получить:

I₀ = 1.22 I₂ , (4.21)

где I₂ - действующее значение тока вторичной обмотки каждой фазы трансформатора. Частота пульсаций выпрямленного напряжения и тока f_n = 6f_c. Обратное напряжение на каждом вентиле

U_ОБР=2,457U₂. (4.22)

Сравнительная оценка схем выпрямления. Для выпрямителей важно знать величину мощности постоянного тока P₀=U₀I₀, расходуемой в нагрузке. Но при одной и той же P₀ мощность, потребляемая трансформатором выпрямителя из сети будет зависеть от схемы выпрямителя. Поэтому мы говорим о коэффициенте использования трансформатора К_ТР и коэффициентах использования его первичной и вторичной обмоток К₁ и К₂ , так как они определяют экономические и энергетические показатели выпрямителя.

К_ТР = P₀ / S_ТР, S_ТР = S₁ + S₂, (4.23)

К₁ = P₀ / S₁, S₁ = n₁ U₁ I₁, (4.24)

К₂ = P₀ / S₂, S₂ = n₂ U₂ I₂, (4.25)

так как n₁ может быть не равно n₂, то эти коэффициенты могут сильно различаться. Для сравнения рассмотрим эти коэффициенты для разных схем выпрямления (таблица 4.1).

Таблица 4.1

Из сравнения видно, что в однотактных схемах выпрямления вторичная обмотка трансформатора используется хуже первичной, так как в этих трансформаторах существует вынужденное намагничивание сердечника. Кроме того, если n₂ > n₁, то это тоже сильно ухудшает использование вторичных обмоток. В мостовых двухтактных схемах этого явления нет, поэтому коэффициенты использования трансформатора и его обмоток одинаковы. Кроме того, в мостовых двухтактных схемах меньше обратное напряжение на вентиль. Но их недостаток использование большого числа вентилей.

При выборе схемы выпрямительного устройства учитываются ее эксплуатационные свойства и присущие ей количественные соотношения токов, напряжений, мощностей, так как они определяют стоимость, габариты и вес устройства. Сравнительная оценка разных схем ведется при одинаковых для всех схем условиях. Так мы до сих пор рассматривали выпрямители без потерь и при активной нагрузке, так как при других видах нагрузки меняются соотношения токов и напряжений в схемах выпрямления. Области применения схем выпрямления определяются допустимым коэффициентом пульсации, количеством вентилей и тем, насколько хорошо используется трансформатор. Так однофазная однотактная схема выпрямления, наиболее простая, применяется на выходные мощности до 15 Вт, если нагрузка допускает большой коэффициент пульсаций. Ее достоинством является простота, минимальное число элементов и возможность работать без трансформатора. Недостаток - малая f_n и большой К_П.

Однофазная мостовая схема применяется при мощности до 300 Вт, если выпрямленное напряжение относительно невелико, а ток нагрузки велик. Ее достоинства – повышенная частота пульсаций, хорошее использование трансформатора, возможность работы без трансформатора, а недостаток – много вентилей, поэтому увеличивается падение напряжения в вентильном комплекте.

Однофазная двухтактная со средней точкой применяется при малых токах нагрузки и высоком выпрямленном напряжении (при одинаковом U₂ в 2 раза больше, чем в мостовой схеме), но на малые мощности (до 50 Вт). Достоинства схемы в минимальном числе вентилей, повышенной частоте пульсаций большем выпрямленном напряжении. Недостатки – плохое использование трансформатора и усложненная его конструкция, высокое обратное напряжение на вентиле.

При достаточно большой мощности постоянного тока лучше использовать многофазные схемы. В выпрямителях средней мощности применяется в основном схема Миткевича – трехфазная однотактная. Ее достоинства большая частота и меньшая величина пульсаций, малое падение напряжения на открытом вентиле, поэтому ее применяют при выпрямленных низких напряжениях. Недостатки – плохое использование трансформатора, наличие вынужденного намагничивания сердечника трансформатора, большое обратное напряжение на вентиле. При большой мощности постоянного тока используется трехфазная двухтактная схема (Ларионова). Ее достоинства – хорошее использование трансформатора, большая частота пульсаций и ее маленькая амплитуда, отсутствие вынужденного намагничивания трансформатора и возможность применять любую схему соединения обмоток трансформатора. Недостаток - большое число вентилей.

Более сложные схемы выпрямления используются очень редко, так как их выходные параметры улучшаются несущественно, а затраты требуются гораздо большие.

Контрольные вопросы:

1 Что называется выпрямителем?

2 Из чего состоит структурная схема выпрямительного устройства?

3 Перечислите критерии качества выпрямительных устройств?

4 Какие выпрямители называются неуправляемые выпрямители?

5 Дайте определение однофазному мостовому (двухполупериодный) выпрямителю.

6 Как повысить пульсность выпрямителей?

7 Какова внешняя характеристика выпрямителя?

8. Что называется вентелем?

9. Какие вентили применяются в мощных выпрямительных установках, при повышенных температурах?

10. От чего зависит режим работы выпрямителя?