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 R_Н, 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 R_н, 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 u_t1 > (u_t0 = u_t2).

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 U_2Л = √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, I_2m = U_2Л·√2/R. Подставив значение U_2л из выражения (3.38), получим I_2m = 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/n_T = 0.81·I₀/n_T.

Расчетные мощности первичной и вторичной обмоток S₁ = 3·U₁I₁ = 3·n_TU₂I₁ = 1.045·P₀, S₂ =3·U₂I₂ = 1.045·P₀. Так как S₁ = S₂, то расчетная мощность трансформатора S_Т = 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·U_0. 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·I_2m.√2 = 0.578·I₀. Амплитудный ток через диод такой же, как и ток во вторичной обмотке трансформатора. Согласно (3.40) Iдm = I_2m = 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 n_П = 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.