Выпрямленное трехфазное напряжение сколько вольт

Обновлено: 09.01.2025

Схемы выпрямления тока

Выпрямитель электрического тока – электронная схема, предназначенная для преобразования переменного электрического тока в постоянный (одно полярный) электрический ток.

В полупроводниковой аппаратуре выпрямители исполняются на полупроводниковых диодах. В более старой и высоковольтной аппаратуре выпрямители исполняются на электровакуумных приборах – кенотронах. Раньше широко использовались – селеновые выпрямители.

Для начала вспомним, что собой представляет переменный электрический ток. Это гармонический сигнал, меняющий свою амплитуду и полярность по синусоидальному закону.

В переменном электрическом токе можно условно выделить положительные и отрицательные полупериоды. Все то, что больше нулевого значения относится к положительным полупериодам (положительная полуволна – красным цветом), а все, что меньше (ниже) нулевого значения – к отрицательным полупериодам (отрицательная полуволна – синим цветом).

Выпрямитель, в зависимости от его конструкции «отсекает», или «переворачивает» одну из полуволн переменного тока, делая направление тока односторонним.

Схемы построения выпрямителей сетевого напряжения можно поделить на однофазные и трехфазные, однополупериодные и двухполупериодные.

Для удобства мы будем считать, что выпрямляемый переменный электрический ток поступает с вторичной обмотки трансформатора. Это соответствует истине и потому, что даже электрический ток в домашние розетки квартир домов приходит с трансформатора понижающей подстанции. Кроме того, поскольку сила тока – величина, напрямую зависящая от нагрузки, то при рассмотрении схем выпрямления мы будем оперировать не понятием силы тока, а понятием – напряжение, амплитуда которого напрямую не зависит от нагрузки.

На рисунке изображена схема и временная диаграмма выпрямления переменного тока однофазным однополупериодным выпрямителем.

Из рисунка видно, что диод отсекает отрицательную полуволну. Если мы перевернем диод, поменяв его выводы – анод и катод местами, то на выходе окажется, что отсечена не отрицательная, а положительная полуволна.

Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению:

Uср = Umax / π = 0,318 Umax

где: π — константа равная 3,14.

Однополупериодные выпрямители используются в качестве выпрямителей сетевого напряжения в схемах, потребляющих слабый ток, а также в качестве выпрямителей импульсных источников питания. Они абсолютно не годятся в качестве выпрямителей сетевого напряжения синусоидальной формы для устройств, потребляющих большой ток.

Наиболее распространенными являются однофазные двухполупериодные выпрямители. Существуют две схемы таких выпрямителей – мостовая схема и балансная.

Рассмотрим мостовую схему однофазного двухполупериодного выпрямителя и его работу.

Если ток вторичной обмотки трансформатора течет по направлению от точки «А» к точке «В», то далее от точки «В» ток течет через диод VD3 (диод VD1 его не пропускает), нагрузку Rн, диод VD2 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «А».

Когда направление тока вторичной обмотки трансформатора меняется на противоположное, то вышедший из точки «А», ток течет через диод VD4, нагрузку Rн, диод VD1 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «В».

Таким образом, практически отсутствует промежуток времени, когда напряжение на выходе выпрямителя равно нулю.

Рассмотрим балансную схему однофазного двухполупериодного выпрямителя.

По своей сути это два однополупериодных выпрямителя, подключенных параллельно в противофазе, при этом начало второй обмотки соединено с концом первой вторичной обмотки. Если в мостовой схеме во время действия обоих полупериодов сетевого напряжения используется одна вторичная обмотка трансформатора, то в балансной схеме две вторичных обмотки (2 и 3) используются поочередно.

Среднее значение напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя соответствует значению:

Uср = 2*Umax / π = 0,636 Umax

где: π — константа равная 3,14.

Представляет интерес сочетание мостовой и балансной схемы выпрямления, в результате которого, получается двухполярный мостовой выпрямитель, у которого один провод является общим для двух выходных напряжений (для первого выходного напряжения, он отрицательный, а для второго — положительный):

Трехфазные выпрямители электрического тока (Схема Ларионова)

Трехфазные выпрямители обладают лучшей характеристикой выпрямления переменного тока – меньшим коэффициентом пульсаций выходного напряжения по сравнению с однофазными выпрямителями. Связано это с тем, что в трехфазном электрическом токе синусоиды разных фаз «перекрывают» друг друга. После выпрямления такого напряжения, сложения амплитуд различных фаз не происходит, а выделяется максимальная амплитуда из значений всех трех фаз входного напряжения.

На следующем рисунке представлена схема трехфазного однополупериодного выпрямителя и его выходное напряжение (красным цветом), образованное на «вершинах» трехфазного напряжения.

За счет «перекрытия» фаз напряжения, выходное напряжение трехфазного однополупериодного выпрямителя имеет меньшую глубину пульсации. Вторичные обмотки трансформатора могут быть использованы только по схеме подключения «звезда», с «нулевым» выводом от трансформатора.

На следующем рисунке представлена схема трехфазного двухполупериодного мостового выпрямителя (схема Ларионова) и его выходное напряжение (красным цветом).

За счет использования положительной и перевернутой отрицательной полуволны трехфазного напряжения, выходное напряжение (выделено красным цветом), образованное на вершинах синусоид, имеет самую маленькую глубину пульсаций выходного напряжения по сравнению со всеми остальными схемами выпрямления. Вторичные обмотки трансформатора могут быть использованы как по схеме подключения «звезда», без «нулевого» вывода от трансформатора, так и «треугольник».

какое напряжение будет на выходе если я через трехфазный выпрямитель подключу трехфазку?

Вы задали один хороший вопрос, на который не получили пока не одного конкретного ответа.
Ответ расширенный:
На выходе трехфазного выпрямителя, подключенного к трехфазной сети, будет не постоянное, а выпрямленное напряжение.
Величина напряжения будет зависеть от линии, и схемы выпрямителя.
Для трехфазной четырехпроводной сети, с глухо-заземленной нейтралью, есть два варианта выпрямления-
1) Однополупериодная трехфазная схема Миткевича, на 3 диодах, с применением нулевого проводника, как общего, обеспечит на выходе напряжение в 1,17 Uфазн. =220х1,17= 257В.
2) Двухполупериодная схема Ларионова 6-диодная обеспечит на выходе
напряжение в 2,34 Uфазн. =220х2,34= 515В беэ привязки к нулю.
Значит такую схему можно применить и для линии, не имеющей нейтрального провода.
В случае подключения такого выпрямителя в четырехпроводную трехфазную сеть, мы имеем возможность получения на выходе 3-х напряжений, это 515В, на выходе с выпрямителя, +/- 257В относительно нулевого провода.
Вопрос к А. Миленину-
Вами на пальцах упомянуто о 9 схемах выпрямителей (умножители не обсуждаем) Дайте пожалуйста конкретные схемные решения с выкладкой по напряжению.. .
Уж очень вы меня заинтриговали.
Особенно с опрелелениями: Три четвертьмоста это 3-диода. Миткевич
Три полумоста это 6 диодов. мост Ларионова
Три полумоста- 6 диодная звезда Ларионова .
Три двухфазных двухчетвертьмостовых-6 диодная Миткевича?? ?
Три полных моста-12 диодов параллельно .
Три полных моста последовательно-.
Двенадцати-пульсовый статический трехфазный .
Шесть мостов -24 диода .
К чему такие заморочки, типа N-четвертьмоста, если полный мост классически-4 элемента, то четверть от четырех, это ведь 1.
Где вы таких определений раскопали.. .
Очень интересно.. .
Приведите не ссылку на ресурс, а схемы.. .
Тогда поверим, а то ощущение, что вы СУМНИЧАЛИ, сами не понимая предмета разговора.
Литературы налистались по Тяговым электроприводам?? ?
Ведь изначально вы имеете сеть трехфазную, в три провода, в крайнем случае четырехпроводную, с глухо-заземленной нейтралью. Примеры в студию.. .

Остальные ответы Постоянное.
И что характерно - сглаживающий конденсатор можно не ставить. Если не предъявляются требования к выходным (выпрямителя) пульсациям.
Хотелось бы, чтобы вопрос был более определенным. По какой схеме у Вас собран выпрямитель?
1 Трёхфазный выпрямитель "три четвертьмоста параллельно" (Миткевича В. Ф
2 Трёхфазный выпрямитель "три полумоста параллельно, объединённые кольцом (треугольником) " («треугольник-Ларионов») .
3 Трёхфазный выпрямитель "три полумоста параллельно, объединённые звездой" («звезда-Ларионова» )
4 Трёхфазный выпрямитель "три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно" (6 диодов)
5 Трёхфазный выпрямитель "три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно" (6 диодов)
6 Трёхфазный выпрямитель "три полных моста параллельно" (12 диодов)
7 Трёхфазный выпрямитель "три полных моста последовательно" (12 диодов)
8 Двенадцатипульсовый статический трёхфазный выпрямитель
9 Трёхфазные выпрямители "шесть мостов" (24 диода)
Напряжения, мощность потребных элементов. потери в меди, пульсации выпрямленного напряжения и ещё куча всяких параметров зависят от схемы подключения
ЗЫ Поконкретней поставьте, пожалуйста вопрос, и постараюсь дать исчерпывающий ответ
С уважением, Александр Миленин ( не электрик, сочувствующий) Ud=2.34*U (для 3-фазной мостовой (6 диодов)) Чё здесь спорить -вопрос задан не корректно:))))))))))))

Ой как много написали :-). Внесу и я свою лепту.

Не секрет что при измерении переменного напряжения, подавляющее большинство вольтметров показывают эффективное напряжение, которое в корень из 2 меньше чем в пике синусоиды.

Таким образом Если мы выпрямляем напряжение (будь оно хоть однофазным, или трех фазным) с какой угодно схемой подключения выпрямительных диодов в итоге мы всегда получим напряжение больше в 1.41 раза.
Например: сеть 380 Вольт. Переменное напряжение 380х1.41=535,8 Вольт.

Всем, кто разбирается в элеткротехнике.

Николай N, Вы попутали фазное напряжение с линейным.
В трехфазной сети между любыми точками мгновенное напряжение не может быть выше чем:
sqrt(2)*380=537,4 V
Соответственно если любой выпрямитель работает на малую нагрузку включенную с конденсатором большой емкости, то напряжение будет приближаться к этому.
А выше этого можно получить только используя умножители напряжения.

Но так как речь идет о выпрямителе Ларионова без конденсаторов, то из-за пульсаций среднее напряжение на нагрузке будет немного меньше чем 537 В.
А именно:
2.34*(U_действующее_фазное)= 1.35*(U_действующее_линейное).
Учитывая, что U_лин/U_фазн = sqrt(3)=1.73

Если U_лин = 380 В, то U_фазн = 220 В.
U_средн_нагрузки = 2.34*220 = 1.35*380 = 513 В

Какое напряжение после выпрямления трех фаз?

После выпрямления однофазного переменного напряжения, оно увеличивается в1,41 раз. А если выпрямить три фазы через мост Ларионова - насколько увеличится напряжение? Какой емкости лучше использовать конденсатор после моста, если три фазы берутся с генератора 3кВт при напряжении 200-300 вольт и частота плавает?

Лучший ответ

Юмористы. .
для трехфазной мостовой схемы Ларионова Ud=2,34Uф, где Uф - фазное напряжение источника питания. Это без конденсатора. Т. е. если выпрямить 380 В линейного в три фазы, то получим 513 В без всяких кондеров. С конденсатором получится 535 В или 2,45Uф. Как видите, разница не особо большая. Для верности можете поставить батарею кондеров микрофарад так на 100..150 и напряжение не ниже 750 В (для фазного 200-300 В и линейного 346-519 В, как у Вас) .

Возникает резонный вопрос: куда в быту запихнуть 500 В постоянки?

Остальные ответы

фкоэффициент 1.41, это корень из 2, для 3-х фаз крэффициент = корень из трех.
Коэффициент пульсаций будет меньше.

Частота плавает, можно предположить, что речь идет о генераторе. Частота плавает из-за несоответствия нагрузки. Нагрузка чересчур велика для данного генератора. Сглаживание пульсаций возможно как конденсатором на 400 в, так и последовательной катушкой с соленоидом. Или до сх. Ларионова – реактором. Круто будет, но тяжеловасто для транспортировки.

Трехфазный тиристорный управляемый выпрямитель

Представляю Вашему вниманию трехфазный управляемый выпрямитель на тиристорах, под управлением микроконтроллера ATmega8.

После публикации трехфазного регулятора мощности переменного тока оказалось, что для пользователей востребован трехфазный выпрямитель. Мне было несколько обращений на почту по этому поводу. По большей части нужен был выпрямитель для питания электролизеров, без особых требований к функциональности и стабильности, и один человек просил сделать ему источник для питания двигателя постоянного тока на 440В. Исходя из этого, и было собрано такое вот устройство.

Функциональные возможности минимальны – регулировка выходного напряжения потенциометром, кнопка Пуск/Стоп, светодиодный индикатор состояния устройства , вольтметр(больше как индикатор) выходного напряжения на семисегментном индикаторе. При включении проходит тест правильности чередования фаз, в работе контролируется наличие всех трех фаз. Обратной связи выпрямитель не имеет. Каких либо настроек не требует, при правильной сборке начинает работать сразу.

Внимание! В схеме присутствуют опасное для жизни напряжение! Для опытных пользователей!

Схема устройства для удобства разделена на функциональные блоки. Это дает возможность вносить дальнейшие изменения и улучшения в конструкцию. В дальнейшем планирую добавить обратную связь и изменить схему измерения выпрямленного напряжения.

Устройство по сути любительская разработка и не претендует на звание серьезного промышленного образца. Поэтому если вы будете повторять эту конструкцию , то вся ответственность по возникшим сбоям лежит только на вас.

Теперь к описанию.

Силовая схема.

Вариант 1- авторский, был собран и проверен. Плата и описание работы ссылаются на этот вариант схемы.

Вариант 2. не собирался не проверялся, привожу просто для ознакомления, собрать его сложнее , но работать он будет.

Авторский вариант построен на мощных оптотиристорных модулях МТОТО 80 - 12. Каждый модуль содержит два встречно-параллельных восьмидесятиамперных оптотиристора. Используется три модуля, включенных по схеме моста Ларионова. Выбор именно такой силовой схемы сделан по трем причинам .

Первое - пульсации выпрямленного напряжения меньше чем в схеме с тремя вентилями, соответственно уменьшаются масса и габариты выходных фильтров.

Второе – не нагружается нулевой провод, вся нагрузка равномерно распределится по фазам, в условиях плохой сети это особенно важно, так как чаще всего перегружен именно нулевой проводник.

И третье, в такой схеме, теоретически, возможно получать выпрямленное напряжение в диапазоне 0 - 540 вольт. На практике границы будут меньше, так как при вертикальном принципе управления тиристорами возможно перерегулирование на углах управления близких к предельным. Чтобы избежать этого эффекта, нижняя граница ограничена 10-15 вольтами. Верхняя ограничена только самой сетью. При необходимости можно скорректировать диапазон установкой сопротивлений на задающий потенциометр.

Максимальная мощность в таких схемах ограничена только максимально допустимым током силовых ключей. Использование мной восьмидесятиамперных ключей обусловлено большим их количеством в запасах.Так же не рекомендуется использовать ключи классом по напряжению ниже 9 (900 вольт). Оптимально использование классов 10-12 (1000-1200 вольт), особенно при питании двигателя постоянного тока. Тиристоры хоть и устойчивы к перегрузкам и перенапряжениям , но в наших сетях иногда выходят из строя. Поэтому лучше выбирать их с запасом, неплохо еще поставить по входу токоограничивающие трехфазные дросселя или реакторы, а по выходу дроссель на постоянный ток. При подключении двигателя постоянного тока, который сам обладает индуктивностью , подключать на выход дросселя не нужно, но рекомендую подключить параллельно двигателю мощный резистор , для лучшего затормаживания. Подробнее о всех нюансах можно почитать например в [1], или найти в сети , информации по этому вопросу много.

Обязательны к установке RC цепи параллельно тиристорам. В моем варианте это резисторы ПЭВ-10 39 Ом и конденсаторы МБМ 0,1мкф 500в. Экономить на RC цепях не рекомендую, без них срок жизни тиристоров сильно укоротится. Устанавливать их желательно как можно ближе к силовым выводам. На моей практике часто случались выходы из строя RC цепей в различных устройствах с тиристорами. Замечено что наиболее надежно использование мощных проволочных резисторов ПЭВ, и т.п. и конденсаторов на бумажной основе МБГО, МБГЧ и т.п. И наоборот резисторы типа МЛТ и конденсаторы К73-хх живут в этих схемах очень недолго. При работе , резисторы и конденсаторы могут сильно нагреваться , учитывайте это при монтаже .

Тиристорные модули установлены на радиатор, при работе греются, чем мощнее нагрузка, тем больший потребуется теплоотвод.

Управляющие импульсы, от микроконтроллера усиливаются составными транзисторами Т7-Т12. Питание оптронов либо трансформаторов импульсов осуществляется нестабилизированным напряжением 15в.

На схеме не показан, но должен быть установлен, на стороне сети ,автоматический выключатель под рассчитанную нагрузку, так же желательно установить отдельный автоматический выключатель , с малым током срабатывания, на фазы блока синхронизации и блок питания.

Устройство подключается к сети 3х380 вольт с соблюдением чередования фаз А-В-С, при неправильном чередовании будет выдаваться ошибка. Обращайте внимание на правильность фазировки силовой схемы и схемы синхронизации , фазы должны быть подключены именно так как на схеме.

Нулевой провод нужен только для подключения трансформатора блока питания, если его первичная обмотка выполнена на 220в.

Если корпус изготовлен из металла ,то защитное заземление корпуса устройства выполнять обязательно!

Схема источника питания

В пояснении, думаю, не нуждается, используется два напряжения – нестабилизированное 15вольт и стабилизированное 5вольт, потребление в авторском варианте составляло до 350мА, в большей степени зависит от светодиодного индикатора и используемых силовых элементов. Можно использовать любые доступные детали, особых требований нет. Так же можно использовать любой подходящий трансформатор на 220-380 вольт первичного напряжения и на 12-24 вторичного. Максимальное вторичное напряжение ограничено входным напряжением пятивольтового стабилизатора, нестабилизированное напряжение используется для усилителей управляющих импульсов. Стабилизатор типа 7805, установлен на плате блока управления, с радиатором в виде медного профиля .

Схема блока синхронизации

Схема содержит три одинаковых канала. Каждый канал подключен между двумя фазами, то есть . включены треугольником. В момент перехода межфазного напряжения через нуль, формируется импульс, используемый для синхронизации в МК. Детали не критичны, но нужно придерживаться номиналов, для более точной синхронизации. Если есть двухканальный осциллограф, и делитель 1:100, можно подбором резисторов R33 R40 R47,выставить более точно попадание импульса синхронизации в момент пересечения нуля. Для этого нужно временно переключить каналы звездой , и встав одним щупом между фазой и землей, другим встать на выходе между общим схемы и выходом оптрона. Делать это необходимо с особой осторожностью, так как схема гальванически связана с сетью, есть риск спалить плату и осциллограф. Необходимости в этом нет, при соблюдении всех номиналов , точность попадания вполне достаточна, собранные мной четыре платы нормально работали и без подстройки.

Используемые оптроны АОТ101 можно заменить любыми аналогичными, лишь бы были рассчитаны на напряжение не менее 1000в. Можно найти в сети более простую схему детектора нуля, и собирать ее. Есть более простые схемы , разницы нет , лишь бы выдавала синхроимпульс в момент перехода через нуль .Очень желательно использовать предохранители, как показано в схеме, и использовать отдельный автоматический выключатель на этот блок.

Блок управления и индикации

Микроконтроллер ATmega8 выдает импульсы управления на тиристоры, и обеспечивает индикацию режимов работы. Импульсы, усиливаются составными транзисторами Т7-Т12.

О принципах управления трехфазным выпрямителем можно прочитать в [1], здесь расписывать не буду. Микроконтроллер работает от внутреннего генератора, тактовая 8мгц. Фьюзы приведены ниже на картинке. Семисегментный светодиодный индикатор с общим анодом, на четыре знака. Управляется через четыре анодных ключа Т1-Т4 , сегменты переключаются сдвиговым регистром. Можно не устанавливать индикатор, регистр и связанные с ними элементы, если не требуется вольтметр. Можно установить любой доступный тип индикаторов, но потребуется подбор токоограничивающих резисторов в цепи сегментов. Светодиод HL1 показывает основные состояния устройства.

Пуск и остановка осуществляется переключателем SB1. Замкнутое состояние – Пуск, разомкнутое - Стоп. Регулировка выходного напряжения от потенциометра R30. Ручку резистора необходимо изолировать ! Гасящие резисторы делителя выходного напряжения R7, R9 -использовать мощностью не менее 1Вт, для исключения пробоя по поверхности. Выходное напряжение измеряется на резисторе R8, без развязки, поэтому вся схема гальванически связана с сетью ! И хотя ток ограничен на безопасном уровне резисторами R7, R9, необходимо соблюдать осторожность. Выпрямленное тиристорами напряжение имеет сложную форму , для его измерения правильным было бы использовать внешний среднеквадратичный преобразователь на ОУ , но не хотелось усложнять схему. В итоге применено несколько нестандартное подключение АЦП МК, и программная фильтрация показаний, с усреднением. Из минусов такого решения – требуется подбор R8 , в моем варианте он состоял из двух резисторов – постоянного на 3.5К и подстроечного на 1К. Можно программными фильтрами добиться и более высокой точности , но быстродействия данного МК и так еле хватает на все задачи. Точность получается в пределах 1-3 вольта , в зависимости от того на какой точке диапазона (10-540В) происходит измерение.На видео видно на сколько расхождение с показаниями мультиметра ,но на практике этого оказалось вполне достаточно. На таких напряжениях большая точность и не требуется, тем более из за отсутствия обратной связи выходное напряжение будет зависеть от нагрузки и от максимального напряжения сети.

Дроссель L1 любой малогабаритный, нужен для лучшей фильтрации опорного напряжения АЦП микроконтроллера. Емкости С5 , С6 нужно установить, как можно ближе к выводам питания МК и регистра. В условиях больших токов и сильных помех они необходимы для надежной работы устройства. В моем варианте они напаяны на ножки микросхем.

Описание работы

При включении МК проверяет наличие импульсов синхронизации и состояние переключателя SB1.

Светодиод моргает с низкой частотой , на индикаторе Е380. При появлении импульсов синхронизации происходит проверка чередования фаз, А-В-С, если чередование верное устройство готово к работе. При обратном чередовании на индикаторе высвечивается АСВ, светодиод моргает с высокой частотой. Необходимо поменять местами любые две фазы.

Печатные платы в формате Sprint Layout, для блока синхронизации и блока управления , обе в архиве, остальной монтаж выполнен навесным. Платы односторонние , плата блока управления содержит три перемычки,одна из которых под микросхемой , ее нужно запаивать до установки микросхемы. Каких либо уникальных деталей нет, все было собрано практически из распая. Разводка выполнена под семисегментный светодиодный индикатор e40561-l-0-0-w ,они доступны в интернет магазинах. Микроконтроллер ATMEGA8L-8PU , сдвиговый регистр 74LS595.

Транзисторы используются составные КТ973 и КТ972 , заменить их можно на аналогичные импортные. В блоке синхронизации стоят КТ3102, но будут работать и КТ315 , проверено. Высоковольтные диоды 1n4007 либо КД209в , можно и другие , требование одно - напряжение не менее 800В. Слаботочные диоды кд521 , либо любые аналогичные. Остальные детали совсем не критичны. Платы я сверлил на миниатюрном сверлильном станочке, поэтому контактные площадки сделаны небольшими , под ручную сверлилку, возможно, придется их увеличить . Плату синхронизации желательно покрыть защитным лаком, для исключения пробоя . Микроконтроллер установлен в панель, программируется отдельно до установки в плату. Все резисторы – выводные МЛТ-0,125 , либо им подобные. Резисторы находящиеся под высоким напряжением желательно использовать типов МЛТ -0,5 либо подобных, или набирать из нескольких включенных последовательно. Это нужно потому, что в сети могут возникать кратковременные перенапряжения большой амплитуды, и может произойти пробой резисторов по поверхности.

Токоограничивающие резисторы R10-R15 типа МЛТ-1 , они установлены непосредственно на выводах оптронных модулей. Резисторы делителя выходного напряжения R7, R8, R9 (см силовую схему вар 1.) для АЦП МК, изначально установлены на плате блока управления , решение это не совсем удачное, так как на плате будет напряжение в 540В, но сокращается длина проводника от ножки входа АЦП МК к делителю, и меньше ловится помех. Если нежелательно иметь на плате высокое напряжение, можно вынести и смонтировать отдельно.

Микроконтроллер прошивался программатором "пять проводков" под управлением широко известной бесплатной программой Uniprof

Прошивка в приложенном архиве, там же и файлы печатных плат.

Фьюзы даны для установки в этой программе, при использовании другой - Помните, что включенный FUSE - это FUSE без галочки!

Устройство было собрано для проверки работоспособности, прикладываю осциллограммы выходного напряжения на различных углах регулирования, нагрузка чисто активная 4Квт.

Осциллограмма синхроимпульсов с одной из фаз относительно общего.

Сдвоенные управляющие импульсы на коллекторе Т7, относительно общего.

Литература

1. Чернов Е.А., Кузьмин В.П., Синичкин С.Г. "Электроприводы подач станков с ЧПУ" справочное пособие 1986г.
2. В.М. Яров "Источники питания электрических печей сопротивления" учебное пособие 1982г.
3. А.В.Евстифеев "Микроконтроллеры AVR семейства Mega, руководство пользователя " 2007г.

Принцип действия и схема трехфазного мостового выпрямителя

Пользователям силовых цепей 380 Вольт в домашнем хозяйстве нужен пассивный (неуправляемый) трехфазный выпрямитель. Знание некоторых особенностей электронного устройства и существующих схем выпрямления окажется очень полезным. Это поможет владельцу силового оборудования эксплуатировать его более грамотно и рационально в течение длительного времени.

Содержание

Описание выпрямителей

Основное отличие устройств от своих однофазных аналогов проявляется в следующем:

первые устанавливаются в линиях 220 Вольт и служат для получения постоянных токов незначительной величины (до 50-ти Ампер);
трехфазные выпрямители используются в цепях, где рабочие (выпрямленные) токи существенно превышают этот показатель и достигают нескольких сотен Ампер.
в сравнении с однофазными образцами эти приборы имеют более сложное устройство.

Известны схемы выпрямления трехфазного напряжения, позволяющие получить на выходе минимальный уровень пульсаций.

В электротехнике они называются «трехфазные мостовые выпрямители», так как по способу открывания диодов, управляемых полярностью напряжения, они напоминают мост через реку с односторонним движением. Только направление потока электронов в них чередуется с частотой 50 Гц, недоступной для проезда машин поочередно в каждую из сторон.

Принцип действия

Принцип работы любого преобразователя синусоидального напряжения основан на выпрямительных свойствах особого полупроводникового элемента – германиевого или кремниевого диода. При протекании через него переменного тока положительная полуволна свободно «проходит» через рабочий электронный переход, смещенный в прямом направлении. При воздействии отрицательной полуволны электроны встречают препятствие в виде потенциального барьера, так что ток через переход течь не может.

В простейших схемах включения используется неполный цикл обработки переменных уровней, так как вторая полуволна безвозвратно теряется. Это заметно снижает преобразуемую мощность. Для сохранения полезной составляющей были разработаны 2-хполупериодные схемы выпрямления, в которых количество диодов увеличено до двух.

«Цепь полного цикла» может содержать 4 выпрямительных элемента, но такая схема относится к категории мостовых.

Однополупериодный многофазный выпрямитель

Сначала удобнее рассмотреть несложные в изготовлении трехфазные однополупериодные выпрямители, применяемые в простых и недорогих преобразовательных схемах. При их построении в каждую из фаз устанавливается по одному мощному диоду, обслуживающему только данную ветку.

Всего в однополупериодном образце выпрямительного прибора используется три полупроводниковых диода с подключенными к ним нагрузками. После изучения эпюр напряжений и токов, получаемых на выходе электрической цепочки, можно сделать следующие выводы:

эффективность (КПД) действия такого устройства очень низка;
полезная мощность теряется при обработке отрицательных полуволн всех трех фаз;
при использовании таких приборов получить нужные нагрузочные характеристики очень сложно.

Все эти недостатки однополупериодных схем вынудили разработчиков усложнить их, применив принцип двойного параллельного преобразования.

Двухполупериодный выпрямитель

Некоторые образцы силового оборудования работают только при большой величине выпрямленного тока, протекающего в нагрузке. Ее неспособны обеспечить однополупериодные выпрямители, что объясняется значительными потерями в них. Для повышения нагрузочной способности в цепях трехфазного тока все чаще применяются двухполупериодные выпрямительные приборы, содержащие по два диода на каждую из фаз.

Классическое включение в этом случае выполнено по схеме Ларионова, в честь которого названо и само выпрямительное устройство.

Анализ рабочих диаграмм такого выпрямителя наглядно свидетельствует о его бесспорных достоинствах. При работе этих схем используются как положительные, так и отрицательные полуволны, что поднимает КПД всего преобразователя. Объясняется это тем, что трехфазная структура схемы совместно с двухполупериодным выпрямлением обеспечивают шестикратное увеличение частоты пульсаций. За счет этого амплитуда сигнала на выходе после сглаживающих конденсаторов заметно возрастает (в сравнении с однополупериодным выпрямителем), а отдаваемая в нагрузку мощность повышается.

Мостовые устройства

Еще больше повысить эффективность преобразования переменного напряжения в постоянное позволяет «трехфазная мостовая схема выпрямления». Этот способ включения удобнее представить в виде совокупности двух однополупериодных схем с нулевой точкой, в которых нечетные диоды образуют катодную группу, а четные – их анодное объединение. В трехфазной мостовой схеме две ветки обработки полуволн различной полярности фактически объединены в единую систему.

Принцип действия трехфазного мостового выпрямителя проще всего представить так:

при действии на его входе переменного потенциала для каждой полуволны открытыми оказываются два диода из четырех, включенных как бы зеркально;
в первом случае выпрямляется положительная полуволна входного напряжения, а во втором – отрицательная;
в результате на выходе такой перекрестной схемы на одном полюсе моста всегда действует плюс, а на другом – минус.

Как в трехфазных выпрямительных мостах, так и в двухполупериодных схемах на диодных переходах теряется часть входного напряжения (на каждом диоде – не более 0,6 Вольта).

Общая потеря за один такт (положительный и отрицательный) в трехфазном мосте составит таким образом 1,2 Вольта. Разработчики выпрямительного оборудования всегда учитывают эти потери и для получения требуемой мощности на выходе заранее закладывают чуть завышенные входные параметры.

Диаграммы или эпюры напряжения мостовых схем – лучшее подтверждение тому, что этот способ включения диодов в выпрямительную цепь обеспечивает максимум передачи энергии. При этом небольшие потери напряжения на переходах чаще всего удается компенсировать за счет лучшей фильтрации во вторичных цепях.

Особенности трехфазного моста и варианты его построения

Мостовые схемы трехфазных выпрямителей имеют варианты исполнений, позволяющие улучшить параметры устройства. Усовершенствовать их удается за счет введения дополнительных вентильных элементов. В них устанавливают по 6, 9 или даже 12 выпрямительных диодов, включенных по схеме «звезда» или «треугольник».

Чем больше фаз (или пар диодов) используется в схеме выпрямителя, тем ниже уровень пульсаций выходного напряжения.

В качестве примера рассмотрим устройство с 12 выпрямительными диодами. Одна из групп в количестве 6-ти штук включается в этом случае по схеме «звезда» с общей нулевой точкой, а вторая – в треугольник (без земли). С учетом того, что выпрямители соединены последовательно, потенциалы на выходе системы суммируются, а частота пульсаций в нагрузке оказывается в 12 раз большей сетевого значения (50 Герц). После фильтрации поступающее к потребителю напряжение характеризуется более высоким качеством.

Сравнение однофазных и трехфазных устройств

При сравнении трехфазных схем выпрямления со однофазными аналогами важно отметить следующие моменты:

первые используются только в силовых сетях 380 Вольт, а вторую разновидность допускается устанавливать и в однофазные и в трехфазные цепи (по одному на каждую из фаз);
выпрямители 380 Вольт позволяют преобразовывать большую мощность и развивать значительные токи в нагрузке;
с другой стороны самостоятельно сделать трехфазный выпрямитель несколько труднее, поскольку он состоит из большего числа комплектующих изделий.

Расчет трехфазного выпрямителя также будет сложнее, так как в этом случае учитываются векторные составляющие действующих токов и напряжений. Это объясняется тем, что в цепях 380 Вольт фазные параметры смещены относительно друга на 120 градусов.

Понять суть работы трехфазного выпрямителя совсем несложно. Для этого потребуется ознакомиться с основами работы вентильных устройств и проанализировать электрическую схему их включения. Знание принципа действия выпрямительных приборов поможет пользователю эффективнее использовать его в повседневной работе.

Трехфазный мостовой выпрямитель - принцип работы и схемы

Трехфазные выпрямители позволяют получать большие величины постоянных токов с малыми уровнями пульсаций выходного напряжения, что сказывается на снижении требований к характеристикам сглаживающего выходного фильтра.

Итак, для начала рассмотрим однотактный трехфазный выпрямитель, изображенный на рисунке ниже:

В приведенной на рисунке однотактной схеме к выводам вторичных обмоток трехфазного трансформатора подключены всего три выпрямительных диода. Нагрузка присоединена к цепи между общей точкой, в которой сходятся катоды диодов, и общим выводом трех вторичных обмоток трансформатора.

Давайте теперь рассмотрим временные диаграммы токов и напряжений, имеющих место во вторичных обмотках трансформатора и на одном из диодов трехфазного однотактного выпрямителя:

Некоторым устройствам постоянного тока требуется большее напряжение питания, чем может дать однотактная схема, приведенная выше. Поэтому в некоторых случаях больше подходит схема трехфазного двухтактного выпрямителя. Принципиальная его схема приведена на рисунке ниже.

Как мы уже отмечали, требования к фильтру снижаются, вы сможете увидеть это по диаграммам. Данная схема известна как трехфазный мостовой выпрямитель Ларионова:

Взгляните теперь на диаграммы и сравните их с однотактной схемой. Выходное напряжение в мостовой схеме легко представляется в виде суммы напряжений как бы двух однотактных выпрямителей, работающих в противоположных фазах. Напряжение Ud = Ud1+Ud2. Количество фаз на выходе очевидно больше и частота пульсаций сети больше.

В данном конкретном случае - шесть фаз постоянного напряжения вместо трех, которые были в однотактной схеме. Вот почему требования к сглаживающему фильтру снижаются, и в некоторых случаях без него можно полностью обойтись.

Три фазы обмоток вкупе с двумя полупериодами выпрямления дают основную частоту пульсаций равную шестикратной частоте сети (6*50 = 300). Это видно по диаграммам напряжений и токов.

Мостовое включение можно рассмотреть как объединение двух однотактных трехфазных схем с нулевой точкой, причем диоды 1, 3 и 5 — это катодная группа диодов, а диоды 2, 4 и 6 — анодная группа.

Два трансформатора будто бы объединены в один. В каждый момент прохождения тока через диоды - в процессе участвуют одновременно два диода — по одному из каждой группы.

Открывается катодный диод, к которому приложен более высокий потенциал относительно анодов противоположной группы диодов, и в анодной группе открывается именно тот из диодов, потенциал к которому приложен более низкий по отношению к катодам диодов катодной группы.

Переход рабочих промежутков времени между диодами происходит в моменты естественной коммутации, диоды работают по порядку. В итоге потенциал общих катодов и общих анодов может быть измерен по верхней и нижней огибающим графиков фазных напряжений (см. диаграммы).

Мгновенные значения выпрямленных напряжений равны разности потенциалов катодной и анодной групп диодов, то есть сумме ординат на диаграмме между огибающими. Выпрямленный ток вторичных обмоток показан на диаграмме для активной нагрузки.

Таким же образом можно получить от трехфазного трансформатора более шести фаз постоянного напряжения: девять, двенадцать, восемнадцать и даже больше. Чем больше фаз (чем больше пар диодов) в выпрямителе, тем меньше уровень выходных пульсаций напряжения. Вот, взгляните на схему с 12 диодами:

Здесь трехфазный трансформатор содержит две трехфазные вторичные обмотки, причем одна из групп объединена в схему «треугольник», вторая — в «звезду». Количества витков в обмотках групп отличаются в 1,73 раза, что позволяет получить со «звезды» и с «треугольника» одинаковые величины напряжения.

В данном случае сдвиг фаз напряжений в этих двух группах вторичных обмоток относительно друг друга получается равен 30°. Поскольку выпрямители включены последовательно, то выходное напряжение суммируется, и на нагрузке частота пульсаций оказывается теперь в 12 раз большей по отношению к сетевой частоте, при этом уровень пульсаций получается меньшим.

Читайте также: