Háromfázisú egyenirányító

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2016. április 30-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 23 szerkesztést igényelnek .

Háromfázisú egyenirányító  - olyan eszköz, amely egyenáramot nyer a Dolivo-Dobrovolsky rendszer háromfázisú váltakozó áramából .

Történelem és osztályozás

A legelterjedtebb a Mitkevich V. F. séma szerinti háromfázisú egyenirányító (három diódán ), amelyet ő javasolt 1901-ben [1] , és a Larionov A. N. séma szerinti háromfázisú egyenirányító (hat diódán), amelyet az általa javasolt. őt 1924-ben [2 ] [3] . 1923-ban a háromfázisú egyenirányítókra vonatkozó US1610837 A számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmat is benyújtották.

Kevésbé ismertek a háromfázisú egyenirányítók a "három párhuzamos híd" (tizenkét diódán), a "három soros híd" (tizenkét diódán) stb. sémák szerint, amelyek sok tekintetben felülmúlják a Mitkevich-sémát és a Larionov-sémát . Ehhez olyan diódákra van szükség, amelyek átlagos áramerőssége egy diódán keresztül közel fele a Larionov-áramkörnek.

A Mitkevics-féle egyenirányító negyedhíd-párhuzam, a Larionov-féle egyenirányító nem egy teljes híd, ahogyan azt gyakran hiszik, hanem egy félhíd-párhuzam ("három párhuzamos félhíd"). A háromfázisú transzformátor vagy egy háromfázisú generátor (csillag, háromszög) kapcsolóáramkörétől függően a Larionov-áramkörnek két változata van: „csillag-Larionov” és „háromszög-Larionov”, amelyek eltérő feszültséggel, árammal, belsővel rendelkeznek. ellenállások.

A diagramokból látható, hogy a Mitkevich-kör egy hiányos Larionov-kör, a Larionov-kör pedig egy hiányos "három párhuzamos híd" áramkör.

Az elektromos gépek reverzibilitásának elve miatt a konverterek ( inverterek ) ugyanazon sémák szerint készülnek .

Háromfázisú egyenirányító "három negyed híd párhuzamosan" ( Mitkevich VF )

A Mitkevich-séma szerinti háromfázisú higany-egyenirányító diagramját a [4] tartalmazza .

"Részben három félhullám nulla kimenettel." Az integrálgörbe alatti terület:

ahol az EMF  maximális (legnagyobb) pillanatnyi értéke ,  - a transzformátor vagy generátor szekunder tekercsének EMF-jének effektív (effektív) értéke.

Az átlagos EMF:

Üresjáratban és közel ahhoz, az EMF a legnagyobb EMF-t mutató ágban az EMF periódusának adott szegmensén a periódus ezen szegmensének legkisebb EMF-jű ágában lévő diódák blokkolása (bezárása) felé tolódik el. A relatív ekvivalens aktív ellenállás ebben az esetben egyenlő egy ág ellenállásával 3 r . A terhelés növekedésével ( R n csökkenése ) megjelennek és növekednek az időszak olyan szegmensei, amelyekben mindkét ág párhuzamosan ugyanazon a terhelésen dolgozik. A relatív egyenértékű belső aktív ellenállás ezeken a szegmenseken 3 r /2. Rövidzárlatos üzemmódban ezek a szegmensek maximálisak, de a hasznos teljesítmény ebben az üzemmódban nulla.

A Mitkevich egyenirányítóban nem használnak negatív félciklusokat. Emiatt a Mitkevich egyenirányító nagyon alacsony kihasználási tényezővel rendelkezik a transzformátor teljes teljesítményéhez képest, és alacsony teljesítményen használják.

A hullámzási frekvencia 3 f , ahol f  a hálózati frekvencia.

A pulzációk abszolút amplitúdója .

A pulzációk relatív amplitúdója 0,5/0,83 = 0,6 (60%).

Három osztott félhíd párhuzamosan (három "feszültség-duplázó" párhuzamosan)

Háromfázisú egyenirányító "három félhíd párhuzamosan, gyűrűvel (háromszöggel) egyesítve" (" Larionov -háromszög ")

Egyes elektromos szakirodalomban néha nem tesznek különbséget a „háromszög-Larionov” és a „csillag-Larionov” áramkörök között, amelyek eltérő értékekkel rendelkeznek az átlagos egyenirányított feszültség, a maximális áram, az egyenértékű aktív belső ellenállás stb.

A "háromszög-Larionov" egyenirányítóban a réz veszteségei nagyobbak, mint a "csillag-Larionov" egyenirányítóban, ezért a gyakorlatban a "csillag-Larionov" sémát gyakrabban használják.

Ezenkívül az A. N. Larionov egyenirányítóit gyakran híd-egyenirányítónak nevezik, valójában párhuzamos félhíd.

Egyes irodalomban a Larionov-féle egyenirányítókat és hasonlókat "teljes hullámnak" ( eng.  full wave ) nevezik, valójában a "három sorozatú híd" egyenirányítók és hasonlók teljes hullámúak.

Az integrálgörbe alatti terület:

Az átlagos EMF:

vagyis több mint a Mitkevich egyenirányítóban.

A "háromszög-Larionov" séma munkájában két időszak van. A hosszú periódus 360° ( ). A kis periódus egyenlő 60°-kal ( ), és a nagyban 6-szor ismétlődik. A kis periódus két kis, egyenként 30°-os félciklusból áll ( ), amelyek tükörszimmetrikusak, ezért elegendő az áramkör működését egy kis 30°-os félcikluson elemezni.

Üresjáratban és az ahhoz közeli üzemmódokban az időszak adott szegmensében a legnagyobb EMF-al rendelkező ágban lévő EMF visszatolja (bezárja) a periódus adott szegmensében kisebb EMF-ekkel rendelkező diódákat.

A kezdeti pillanatban ( ) az egyik ágban az EMF nulla, a másik két ágban az EMF egyenlő , miközben két felső és egy alsó dióda nyitva van. Az ekvivalens áramkör két párhuzamos ágból áll, azonos EMF-vel (0,87) és egyenként 3 r ellenállással, mindkét ág egyenértékű ellenállása 3 r /2. Továbbá egy kis félcikluson a két 0,87-es EMF közül az egyik 1,0-ra nő, a másik 0,5-re csökken, a harmadik pedig 0,0-ról 0,5-re nő. A két nyitott felső dióda közül az egyik zár, és az ekvivalens áramkör két ág párhuzamos csatlakozásává válik, amelyek közül az egyikben egy nagy EMF van és az ellenállása 3 r , a másik ágban két kisebb EMF van sorba kötve, és ellenállása 2 × 3 r \u003d 6 r , mindkét ág egyenértékű ellenállása

A hullámzási frekvencia 6 f , ahol f  a hálózati frekvencia.

A pulzációk abszolút amplitúdója egyenlő:

A pulzációk relatív amplitúdója 0,13/0,95 = 0,14 (14%).

Háromfázisú egyenirányító "három félhíd párhuzamosan, egy csillag egyesíti" (Star- Larionov )

A csillag-Larionov egyenirányítót (hat impulzus) a fedélzeti hálózat áramellátó generátoraiban szinte minden közlekedési eszközben (traktor, víz, víz alatt, levegő stb.) használják. A dízel-elektromos mozdonyok és a dízel-elektromos hajók elektromos hajtásában szinte az összes teljesítmény a csillag-Larionov egyenirányítón halad át.

Az integrálgörbe alatti terület:

.

Az átlagos EMF egyenlő:, azaz kétszer annyi, mint a "háromszög-Larionov" és a "három párhuzamos teljes híd" áramkörökben, és kétszer annyi, mint a Mitkevich áramkörben.

Ennek az egyenirányítónak 360°-os hosszú periódusa és rövid 60°-os periódusa van. A nagy periódusban 6 kis periódus van. Egy kis 60°-os periódus két, egyenként 30°-os tükörszimmetrikus részből áll, ezért ennek az áramkörnek a működésének leírásához elegendő egy kis periódus 30°-os részének működését elemezni. Egy kis időszak ( ) elején az egyik ágban az EMF - U1 fázis nulla, a másik két U2 és U3 fázisban pedig mindegyik 0,87 × Emax. Ez a két U2 és U3 fázis egy adott kezdeti időpontban sorba van kötve . Ebben az esetben az egyenértékű belső aktív ellenállás egyenlő . Továbbá az egyik EMF fázis U2 0,87-ről 1,0-ra nő, a másik U3 0,87-ről 0,5-re csökken, és a harmadik fázis U1 0,0-ról 0,5-re nő. - ahol és a grafikonon a 0,5Emax pontban metszi az U3 fázist - lásd a fázisok vizuális változásának ábráját a https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Spannungsverlauf_Dreiphasen-Wechselstrom linken. gif Az ekvivalens áramkör megváltozik, és két sorba kapcsolt ágat ábrázol, amelyek közül az egyik EMF és ellenállása egyenlő egy tekercs ellenállásával 3 r , a másik két EMF párhuzamosan kapcsolva 3 r ellenállással , a két párhuzamos ág egyenértékű ellenállása 3 r / 2. A teljes áramkör egyenértékű aktív belső ellenállása 3 r /2 + 3 r \u003d 9 r /2 \u003d 4,5 r . Az üresjárathoz közeli üzemmódokban (alacsony terhelésnél), párhuzamos elágazásoknál a nagyobb EMF-el rendelkező ágban lévő EMF megfordítja (zárja) a diódát az alacsonyabb EMF-el rendelkező ágban, miközben az egyenértékű áramkör megváltozik. A terhelés növekedésével megjelennek és növekednek az időszak szegmensei, amelyekben mindkét ág párhuzamosan dolgozik a terhelésen. Rövidzárlatos üzemmódban a párhuzamos működés szegmensei a teljes periódus hosszára nőnek, de a hasznos teljesítmény ebben az üzemmódban nulla.

A hullámzási frekvencia 6 f , ahol f  a hálózati frekvencia.

A pulzációk abszolút amplitúdója .

A pulzációk relatív amplitúdója 0,23/1,65 = 0,14 (14%).

Háromfázisú egyenirányító "három kétfázisú kétnegyed híd párhuzamos Mitkevich egyenirányítók párhuzamosan" (6 dióda)

A szakirodalomban néha „hatfázisúnak” nevezik (lásd a német Wikipédia oldalát : Gleichrichter#Gleichrichter für Dreiphasenwechselstrom Sechspuls-Sternschaltung (M6): 6-Phasen-Gleichrichter mit Mittelpunktanzapfungen am Drehstromtransformator).

Szinte analógja a "három teljes híd párhuzamosan" egyenirányítónak, és szinte ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik, mint a "három teljes híd párhuzamosan" egyenirányító, de az ezzel egyenértékű belső aktív ellenállás közel kétszerese, a diódák száma fele. annyi, az átlagos áramerősség egy diódán majdnem kétszer akkora.

Az integrálgörbe alatti terület:

.

Az átlagos EMF egyenlő:, azaz ugyanaz, mint a „háromszög-Larionov” sémában, és egyszer kevesebb, mint a „csillag-Larionov” sémában.

Háromfázisú egyenirányító "három kétfázisú kétnegyed híd párhuzamos Mitkevich egyenirányítók sorba kapcsolva" (6 dióda)

Szinte hasonló a „három teljes soros híd” egyenirányítóhoz, és szinte ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik, de az egyenértékű belső aktív ellenállás közel kétszerese, a diódák száma feleannyi, az átlagos áramerősség egy diódán közel kb. kétszer annyi.

Háromfázisú egyenirányító "három teljes híd párhuzamosan" (12 dióda)

Kevésbé ismertek a „háromsoros híd” séma szerinti teljes híd háromfázisú egyenirányítók (tizenkét diódán) stb., amelyek sok tekintetben felülmúlják a Larionov A.N. „A. N. Larionov egyenirányítót, az A. N. Larionov egyenirányító pedig egy "befejezetlen" "három párhuzamos híd" egyenirányító.

Az integrálgörbe alatti terület:

.

Az átlagos EMF egyenlő:, azaz ugyanaz, mint a „háromszög-Larionov” sémában, és egyszer kevesebb, mint a „csillag-Larionov” sémában.

Üres üzemmódban az EMF egy hosszú időszak adott szegmensén a legnagyobb EMF-vel rendelkező hídban visszatolja (bezárja) a diódákat a kisebb EMF-ekkel rendelkező hidakban egy hosszú időszak adott szegmensén. Ebben az esetben az egyenértékű belső aktív ellenállás egyenlő egy híd (egy tekercs) aktív ellenállásával 3 r . A terhelés növekedésével ( R n csökkenése ) megjelennek és növekednek a periódus szegmensei, amelyekben két híd párhuzamosan dolgozik a terhelésen, az időszak ezen szakaszaiban az egyenértékű belső aktív ellenállás megegyezik két párhuzamos híd ellenállásával. 3 r /2 = 1,5 r . A terhelés további növekedésével megjelennek és növekednek a periódus szegmensei, amelyekben mindhárom híd párhuzamosan dolgozik a terhelésen, a periódus ezen szakaszaiban az egyenértékű belső aktív ellenállás három párhuzamos híd ellenállásával egyenlő r . Rövidzárlatos üzemmódban mindhárom párhuzamos híd terhelve van, de a nettó teljesítmény ebben az üzemmódban nulla. Ebből az következik, hogy figyelembe véve az EMF értékek különbségét ( ), a "három párhuzamos híd" egyenirányító egyenértékű belső aktív ellenállása (és veszteségei a rézben) kisebb, mint a "star-Larionov" egyenirányítóban. A "három párhuzamos teljes híd" egyenirányító alacsonyabb egyenértékű belső ellenállása miatt ennek a két egyenirányítónak a terhelési jellemzői eltérőek.

A "három párhuzamos híd" egyenirányító megbízhatóbb, mint a "star-Larionov" egyenirányító. Amikor 5/6 dióda eltörik (kiég), a csillag-Larionov egyenirányító teljesen üzemképtelenné válik, és a három párhuzamos híd egyenirányító az egyik híd ellentétes karjaiban lévő maradék diódák esetében még mindig a teljes 1/6-át adja. teljesítmény, ami elég lehet a javítás előtti "kitartáshoz". A "három párhuzamos teljes híd" egyenirányítóban az átlagos áram egy diódán keresztül közel fele a "star-Larionov" egyenirányítóénak, és az ilyen diódák olcsóbbak és megfizethetőbbek.

Hibák
  1. Nagyon alacsony terhelési áramoknál az egyenértékű belső aktív ellenállás majdnem megegyezik egy tekercs aktív ellenállásával, vagyis több, mint a háromszög-Larionov egyenirányítóban.

Szüntesse meg a hiányt. Nagyon alacsony terhelési áramoknál a "három párhuzamos híd" áramkör három záró érintkezőcsoporttal rendelkező kapcsolóval átkapcsolható a "háromszög-Larionov" áramkörre.

  1. A négyvezetékes háromfázisú hálózat miatt a "három párhuzamos híd" egyenirányító csak a transzformátor közelében, a Larionov-féle egyenirányító - a transzformátortól távol - működhet.

Szüntesse meg a hiányt. Hatvezetékes elektromos vezeték bekötése.

Tulajdonságait tekintve ez az egyenirányító közelebb áll az áramforrásokhoz , és szinte minden eszközben ( dízelmozdonyok , motoros hajók , nukleáris meghajtású hajók , hengerművek, stb. ) helyettesítheti a „star-Larionov” és „háromszög-Larionov” egyenirányítókat. fúróberendezések, nagy teljesítményű elektrolizátorok tápegységei , nagy teljesítményű rádióadók , nagy teljesítményű radarok , nagy teljesítményű lézerek , egyenáramú elektromos járművek, gépkocsi-traktorok és egyéb berendezések fedélzeti hálózatának generátorai és egyéb berendezések), míg a a tekercsek felmelegedése csökken, és a villamos energia ( tüzelőanyag ) körülbelül 4%-a takarítható meg).

A hullámzási frekvencia 6 f , ahol f  a hálózati frekvencia.

A pulzációk abszolút amplitúdója .

A pulzációk relatív amplitúdója 0,13/0,95 = 0,14 (14%).

Háromfázisú egyenirányító "három teljes híd sorba kapcsolva" (12 dióda)

Az integrálgörbe alatti terület:

Az átlagos EMF egyenlő:, azaz kétszer annyi, mint a "háromszög-Larionov" sémában.

A relatív ekvivalens belső aktív ellenállás egyenlő három sorba kapcsolt, egyenként 3 r ellenállású híd ellenállásával , azaz 9 r .

Az áram a terhelésben ????

A terhelésben lévő teljesítmény ????

A hullámzási frekvencia 6 f , ahol f  a hálózati frekvencia.

A pulzációk abszolút amplitúdója .

A pulzációk relatív amplitúdója 0,27/1,91 = 0,14 (14%).

Ez az egyenirányító rendelkezik a legmagasabb egyenértékű belső aktív ellenállással és a legmagasabb átlagos EMF-vel, tulajdonságai közelebb állnak a feszültségforráshoz, és nagyfeszültségű feszültségforrásokban használható (ipari gázok elektrosztatikus tisztítására szolgáló berendezésekben ( elektrosztatikus szűrő ) stb.) .

Tizenkét impulzusú statikus háromfázisú egyenirányító

Ez két Larionov egyenirányító párhuzamos (vagy néha soros) csatlakoztatása a bemeneti háromfázisú áramok fáziseltolásával. Ugyanakkor az egyenirányított félciklusok száma megduplázódik a hagyományos Larionov egyenirányítóhoz képest, aminek következtében az egyenirányított feszültséghullámok relatív amplitúdója csökken, az egyenirányított feszültség hullámzások frekvenciája pedig megkétszereződik, ami szintén megkönnyíti az egyenirányított feszültség simítását. . [5]

A Larionov párhuzamos hidak egyenirányítójának átlagos kimeneti EMF-je a tápfeszültség fáziseltolásával

ahol  a feszültség amplitúdója az egyik egyenirányító bemeneteihez való fáziscsatlakozási pontok között.

A Larionov-féle egyenirányítók soros csatlakozása 30 fokos fáziseltolással (az egyik egyenirányítót a "csillagról", a másikat a "háromszögről" táplálják) átlagos állandó EMF-et biztosít.

ahol  a feszültség amplitúdója az egyik egyenirányító bemeneteihez való fáziscsatlakozási pontok között. A pulzációs amplitúdó az átlagos egyenirányított EMF körülbelül 3,44%-a.

Háromfázisú "hat híd" egyenirányítók (24 dióda)

Még kevésbé ismertek a háromfázisú "hat párhuzamos híd" és "hat soros híd" egyenirányítók. Két háromfázisú transzformátorból állnak. Az egyik primer tekercsét egy csillag, a másikat egy háromszög kapcsolja be, ami 30 °-os fáziseltolódást hoz létre. Hat szekunder tekercs van csatlakoztatva hat hídhoz (huszonnégy dióda). A hidak többféleképpen kapcsolhatók be, ezek egyike mind a hat híd párhuzamos összekapcsolása. A kis hullámosságok miatt a séma szerinti egyenirányító az acél és a réz tömegét tekintve összehasonlítható a „három párhuzamos híd” egyenirányítóval, amelynek szűrőinduktora azonos szintre simítja a hullámokat. Ezek az egyenirányítók teljes híd. A "három párhuzamos híd" egyenirányítóhoz hasonlóan sok tekintetben felülmúlják a Mitkevich egyenirányítót és a Larionov egyenirányítót. Ehhez olyan diódákra van szükség, amelyek átlagos áramerőssége egy diódán keresztül közel négyszer kisebb, mint a Larionov-körben, és feleannyira, mint a „három párhuzamos teljes híd” áramkörben. Ez a séma lehetővé teszi nagy teljesítményű egyenirányító építését kis teljesítményű elemeken.

Átlagos EMF az egyenirányító kimenetén "hat híd párhuzamosan"

.

A háromfázisú, hat-soros híd-egyenirányító a legnagyobb egyenértékű belső aktív ellenállással rendelkezik, és használható nagyfeszültségű, nagy teljesítményű forrásokban, például ipari elektrosztatikus gáztisztítók tápegységeiben.

Átlagos EMF az egyenirányító kimenetén "hat soros híd"

.

Ez kétszer annyi, mint a "három híd sorozatban".

Alkalmazás

Lásd még

Jegyzetek

  1. Háromfázisú áramkör transzformátor nulla kimenettel (1901-ben javasolta V. F. Mitkevich) Archív másolat 2016. szeptember 21-én a Wayback Machine -nél  (hozzáférhetetlen hivatkozás) Letöltve: 2016. június 6.
  2. Háromfázisú hídáramkör (1924-ben javasolta A. N. Larionov, transzformátor nélkül használták) 2016. szeptember 21-i archivált példány a Wayback Machine -nél  (hozzáférhetetlen link) Letöltve 2016. június 6-án.
  3. Shustov M.A. Az elektromosság története. - M., Berlin: Direct-Media, 2019. - 568 p. — ISBN 978-5-4475-9841-9 .
  4. 18. táblázat: Háromfázisú higany egyenirányító archiválva : 2016. szeptember 21. a Wayback Machine -nél  (a hivatkozás nem elérhető) Letöltve: 2016. június 6.
  5. Átalakító a vontatási áramellátó hálózat táplálására. 3. ábra.  (nem elérhető link)

Irodalom

Linkek