Načelo delovanja in diagram trifaznega mostičnega usmernika

Uporabniki 380 V napajalnih tokokrogov v gospodinjstvu potrebujejo pasivni (nekrmiljeni) trifazni usmernik. Zelo koristno bo poznavanje nekaterih lastnosti elektronske naprave in obstoječih usmerjevalnih vezij. To bo lastniku električne opreme pomagalo, da jo bo dolgo časa upravljal bolj kompetentno in učinkovito.

Opis usmernikov

Glavna razlika med napravami in njihovimi enofaznimi analogi je naslednja:

• prvi so nameščeni v 220-voltnih linijah in se uporabljajo za pridobivanje enosmernih tokov nepomembne velikosti (do 50 amperov);
• trifazni usmerniki se uporabljajo v tokokrogih, kjer obratovalni (uspravljeni) tokovi znatno presegajo to številko in dosežejo več sto amperov.
• V primerjavi z enofaznimi vzorci imajo te naprave bolj zapleteno zasnovo.

Znane so sheme trifazne napetosti, ki omogočajo doseganje minimalne ravni valovanja na izhodu.

V elektrotehniki se imenujejo "trifazni mostični usmerniki", ker način odpiranja diod, ki jih nadzira polarnost napetosti, spominjajo na enosmerni most čez reko. Le smer toka elektronov v njih se izmenjuje s frekvenco 50 Hz, kar je za avtomobile nedosegljivo za izmenično vožnjo v vsako smer.

Princip delovanja

Načelo delovanja katerega koli sinusnega pretvornika napetosti temelji na usmerjevalnih lastnostih posebnega polprevodniškega elementa - germanijeve ali silicijeve diode. Ko skozi njega teče izmenični tok, pozitivni polval prosto "prehaja" skozi delujoč elektronski spoj, nagnjen v smeri naprej. Ko so elektroni izpostavljeni negativnemu polvalu, naletijo na oviro v obliki potencialne pregrade, tako da tok ne more teči skozi spoj.

V najpreprostejših stikalnih vezjih se uporablja nepopoln cikel obdelave spremenljivih nivojev, saj je drugi polval nepovratno izgubljen. To bistveno zmanjša pretvorjeno moč. Da bi ohranili uporabno komponento, so razvili 2-polvalovna usmerjevalna vezja, v katerih se je število diod povečalo na dve.

"Vezje polnega cikla" lahko vsebuje 4 usmerniške elemente, vendar takšno vezje spada v kategorijo mostov.

Polvalovni večfazni usmernik

Prvič, bolj priročno je upoštevati trifazne polvalovne usmernike, ki jih je enostavno izdelati in se uporabljajo v preprostih in poceni pretvorniških vezjih. Pri njihovi izdelavi je v vsaki fazi nameščena ena močna dioda, ki služi samo tej veji.

Skupaj polvalovna usmerniška naprava uporablja tri polprevodniške diode z bremeni, povezanimi z njimi. Po preučitvi diagramov napetosti in tokov, dobljenih na izhodu električnega tokokroga, je mogoče narediti naslednje zaključke:

• učinkovitost (učinkovitost) takšne naprave je zelo nizka;
• uporabna moč se izgubi pri obdelavi negativnih polvalov vseh treh faz;
• Pri uporabi takšnih naprav je zelo težko doseči zahtevane značilnosti obremenitve.

Vse te pomanjkljivosti polvalovnih vezij so razvijalce prisilile, da so jih zapletli z uporabo načela dvojne vzporedne pretvorbe.

Polnovalni usmernik

Nekatere vrste električne opreme delujejo samo z veliko količino popravljenega toka, ki teče v bremenu. Polvalovni usmerniki tega ne morejo zagotoviti, kar je razloženo z velikimi izgubami v njih. Za povečanje obremenitve v trifaznih tokovnih tokokrogih se vedno pogosteje uporabljajo polnovalne usmerniške naprave, ki vsebujejo dve diodi za vsako fazo.

Klasična povezava je v tem primeru izvedena po vezju Larionova, po katerem je poimenovana tudi sama usmerniška naprava.

Analiza delovnih diagramov takšnega usmernika jasno kaže njegove nedvomne prednosti. Pri delovanju teh vezij se uporabljajo tako pozitivni kot negativni polvalovi, kar poveča učinkovitost celotnega pretvornika. To je razloženo z dejstvom, da trifazna struktura vezja skupaj s polnovalovnim usmerjanjem zagotavlja šestkratno povečanje frekvence valovanja. Zaradi tega se amplituda izhodnega signala po glajenju kondenzatorjev opazno poveča (v primerjavi s polvalovnim usmernikom) in moč, dovedena v breme, se poveča.

Mostne naprave

"Trifazno mostično usmerjevalno vezje" vam omogoča nadaljnje povečanje učinkovitosti pretvorbe izmenične v enosmerno napetost. Ta način povezave je bolj priročno predstavljati kot kombinacijo dveh polvalovnih vezij z ničelno točko, v kateri lihe diode tvorijo katodno skupino, sode diode pa svojo anodno skupino. V trifaznem mostnem vezju sta dve veji za obdelavo polvalov različnih polarnosti dejansko združeni v en sam sistem.

Princip delovanja trifaznega mostičnega usmernika si najlažje predstavljamo takole:

• ko se na njegov vhod za vsak polval uporabi izmenični potencial, se izkaže, da sta dve od štirih diod odprti, povezani kot v zrcalu;
• v prvem primeru se popravi pozitivni polval vhodne napetosti, v drugem pa negativni polval;
• Posledično je na izhodu takšnega križnega vezja na enem polu mostu vedno plus, na drugem pa minus.

Tako v trifaznih usmerniških mostovih kot v polnovalnih vezjih se del vhodne napetosti izgubi na spojih diod (ne več kot 0,6 V na vsaki diodi).

Skupna izguba na cikel (pozitivno in negativno) v trifaznem mostu bo tako 1,2 volta. Razvijalci usmerniške opreme te izgube vedno upoštevajo in za pridobitev zahtevane izhodne moči vnaprej nastavijo nekoliko višje vhodne parametre.

Diagrami ali napetostni diagrami mostičnih vezij so najboljša potrditev, da ta način povezovanja diod z usmerniškim vezjem zagotavlja največji prenos energije. Majhne izgube napetosti na prehodih se v tem primeru največkrat lahko kompenzirajo zaradi boljšega filtriranja v sekundarnih tokokrogih.

Značilnosti trifaznega mostu in možnosti za njegovo konstrukcijo

Mostna vezja trifaznih usmernikov imajo konstrukcijske možnosti, ki omogočajo izboljšanje parametrov naprave. Izboljšati jih je mogoče z uvedbo dodatnih ventilskih elementov. Opremljeni so s 6, 9 ali celo 12 usmerniškimi diodami, ki so vezane v zvezdo ali trikot.

Več faz (ali parov diod) kot je uporabljenih v usmerniškem vezju, nižja je raven valovanja izhodne napetosti.

Kot primer razmislite o napravi z 12 usmerniškimi diodami. Ena od skupin 6 kosov je v tem primeru vključena po vezju "zvezde" s skupno ničelno točko, druga pa v trikotniku (brez tal). Ob upoštevanju dejstva, da so usmerniki povezani zaporedno, se potenciali na izhodu sistema seštejejo in frekvenca valovanja v obremenitvi se izkaže za 12-krat večjo od omrežne vrednosti (50 Hertz). Po filtriranju je napetost, ki se dovaja potrošniku, bolj kakovostna.

Primerjava enofaznih in trifaznih naprav

Pri primerjavi trifaznih usmerjevalnih vezij z enofaznimi analogi je pomembno upoštevati naslednje točke:

• prvi se uporabljajo samo v 380-voltnih električnih omrežjih, drugi tip pa je mogoče namestiti v enofazne in trifazne tokokroge (enega za vsako fazo);
• 380-voltni usmerniki vam omogočajo pretvorbo velike moči in razvoj znatnih tokov v obremenitvi;
• po drugi strani pa je izdelava trifaznega usmernika nekoliko težja, saj je sestavljen iz večjega števila komponent.

Težji bo tudi izračun trifaznega usmernika, saj se v tem primeru upoštevajo vektorske komponente efektivnih tokov in napetosti.To je razloženo z dejstvom, da so v 380-voltnih tokokrogih fazni parametri med seboj premaknjeni za 120 stopinj.

Ni težko razumeti bistva delovanja trifaznega usmernika. Če želite to narediti, se boste morali seznaniti z osnovami delovanja ventilskih naprav in analizirati električni tokokrog njihove povezave. Poznavanje principa delovanja usmerniških naprav bo uporabniku pomagalo pri učinkovitejši uporabi pri vsakodnevnem delu.