Главная | Обратная связь

Мостовая схема выпрямления трехфазного тока

(схема Ларионова).

Мостовая схема выпрямления трехфазного тока, представлена на рис.6а предложена в 1923г. А.Н. Ларионовым. Практически она представляет собой две однополупериодные схемы выпрямления трех­фазного тока (без нулевого вывода), работающие на общее сопротив­ление нагрузки по очереди.

в)

а)

б)

Рис.6. Мостовая схема выпрямления трехфазного тока.

а) электрическая схема; б) временная диаграмма

напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

в) временная диаграмма напряжения на нагрузке.

 

В схеме используются шесть выпрямительных диодов. Вторичная обмотка трансформатора преимущественно собирается в звезду. К кон­цу каждой фазы вторичной обмотки подключаются два выпрямительных диода: один анодом, другой катодом, что обеспечивает двухтактность схемы выпрямления. Диоды, подсоединенные к фазам анодами, состав­ляют так называемую анодную группу, катодами – катодную группу.

Катоды диодов анодной группы соединяются между собой и подключаются к сопротивлению нагрузки. Аналогично соединяются между собой и подсоединяются к сопротивлению нагрузки аноды диодов катодной группы. Первичная обмотка трансформатора может соединяться и в звезду и в треугольник. Чаще используется схема, изображенная на рис.6а.

Каждый момент времени работают два диода: один анодной груп­пы, на аноде которого наибольший потенциал, и один – катодной группы, на катоде которого максимальный

(по абсолютному значению) отрицательный потенциал. Диаграммы напряжений показаны на рис.6,б. Переключение диодов осуществляется через 1/6 периода. Таким образом, за период питающего напряжения, несмотря на то, что число фаз первичной и вторичной обмотки три, выпрямленное нап­ряжение имеет шесть пульсаций. Каждый диод «работает» 1/3 периода (два раза по 1/6 периода), а каждая фаза вторичной обмотки – 2/3 периода.

 

Мостовая схема выпрямления трехфазного тока обеспечивает са­мые хорошие показателисо всеми остальными рассмотренными схемами выпрямления:

- высокое использование трансформатора;

- малое значение максимального обратного напряжения на дио­дах;

- большая частота и низкая величина пульсаций выпрямленного

напряжения.

 

К недостаткам можно отнести:

- необходимость наличия шести выпрямительных диодов;

- относительно большие падения напряжения на выпрямительных диодах и потери на них.

Однако указанные выше достоинства схемы более существенны, чем ее недостатки. Применяется такая схема на полупроводниковых диодах практически во всех выпрямителях средней и большой мощности систем электропитания военных средств связи. Иногда вследствие большой частоты и низкой величины пульсаций данную схему использу­ют и в маломощных устройствах электропитания, где есть возможность иметь трехфазные переменные напряжения.

 

1.2 Преобразователи напряжения

 

Для работы аппаратуры связи требуются различные градации постоянного напряжения. Первичный же источник питания вырабатывает напряжение, как правило, только одной величины. Чтобы получить различные градации напряжения, в электропитающих устройствах применяются преобразователи постоянного напряжения. Таким образом, преобразователь постоянного напряжения – устройство, преобразующее входное напряжение постоянного тока в другое напряжение постоянного тока.

Поскольку понижение напряжения постоянного тока с помощью обычных делителей (на резисторах) неэкономично, а повышение этого напряжения простейшим путем, например только с помощью трансформаторов, оказывается невозможным, принцип действия преобразователей напряжения постоянного тока основывается на многократном преобразовании энергии.

При использовании в качестве первичного источника электропитания сети постоянного тока со сравнительно низким напряжением(например, аккумуляторной батареи) и при потребляемой мощности примерно до 1кВт с точки зрения экономичности, надежности, веса и габаритов наиболее целесообразным оказывается применение преобразователей, использующих полупроводниковые приборы.

Такой преобразователь (рис.7.) состоит:

- из преобразователя энергии (тока, напряжения) постоянного тока в энергию (ток, напряжение) переменного тока, т.е. по существу, генератора с самовозбуждением или автогенератора колебаний определенной формы;

- из трансформаторов, необходимых для повышения или понижения переменного напряжения;

 

- из выпрямительного устройства, служащего для преобразования переменного напряжения в напряжение постоянного тока требуемой величины.

При необходимости преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока дополняется усилителем мощности переменного тока.

Рис.7. Структурная схема преобразователя напряжения.

 

Принципиальная схема преобразователя напряжения блока питания задающего приемопередатчика Р-111 приведена на рис.8.. Этот преобразователь напряжения позволяет получить питающие напряжения +60 вольт; +12 вольт; +4 вольта; +2,4 вольта. На представленной схеме полностью раскрыта только одна из вторичных обмоток трансформатора, позволяющая получить напряжение +60в.

Рис.8. Принципиальная схема преобразователя напряжения (вариант).

 

На транзисторах VT₁ и VT₂ собран автогенератор релаксационных колебаний практически прямоугольной формы, где транзисторы включены по схеме с общим эмиттером.

Генератор работает следующим образом. При подаче на вход преобразователя постоянного напряжения (+26V от АКБ) падение напряжения на R1 создает отрицательное (относительно эмиттеров) смещение на базах транзисторов. На коллекторах также возникает отрицательное напряжение относительно эмиттеров (отрицательный потенциал от –U₁ приложен к коллектору VT₁ через обмотку (2-1) трансформатора; а к коллектору VT₂ – через обмотку (2-3). В цепи коллектора каждого из транзисторов возникает некоторый начальный ток. Так как транзисторы VT₁; VT₂ и полуобмотки (1-2); (2-3) не могут быть полностью одинаковы, то коллекторный ток одного из транзисторов всегда отличается от коллекторного тока другого транзистора. В результате возникает некоторое неравенство магнитных потоков, образуемых протеканием тока через полуобмотки (1-2) и (2-3) и вследствие этого некоторый результирующий магнитный поток в сердечнике трансформатора. Нарастание этого потока приводит к появлению напряжения на полуобмотках обратной связи 4-5 и 5-6, но на базе одного из трансформаторов напряжение уменьшается, а на базе другого увеличивается. Первоначальная регулировка схемы такова, что отрицательное напряжение увеличится на базе того транзистора, который имел больший коллекторный ток. Тогда возникает новое приращение коллекторного тока. В итоге двухстороннего самоускоряющегося лавинообразного процесса транзистор с малым током коллектора будет закрываться, ибо отрицательное напряжение на его базе будет уменьшаться, а транзистор с большим коллекторным током будет еще более открываться. Когда один из транзисторов будет полностью закрыт, а другой открыт, то, поскольку сопротивление перехода эмиттер-коллектор закрытого транзистора составляет сотни килоом, а сопротивление перехода эмиттер-коллектор открытого транзистора в режиме насыщения составляет доли ома, почти всё напряжение, поданное от первичного источника питания на преобразователь, оказывается включенным на одну из обмоток 1-2 или 2-3 трансформатора.

 

 

Нарастание коллекторного тока через открытый транзистор вызывает нарастание магнитного потока, пересекающего витки вторичной обмотки (9-10). По мере насыщения сердечника рост магнитного потока резко замедляется. Замедление проявляется особенно резко у сердечников, имеющих прямоугольную форму петли гистерезиса, и приводит к уменьшению напряжений в обоих плечах обмотки обратной связи. Резкое прекращение нарастания магнитного потока происходит тогда, когда ток в соответствующем плече первичной обмотки (1-3) достигает максимально возможного значения, определяемого параметрами транзистора. Замедление и прекращение роста магнитного потока приводит к уменьшению напряжений на обмотках обратной связи практически до нулевых значений. Начинается «опрокидывание» схемы. Ток базы, ток коллектора открытого транзистора и магнитный поток начинают убывать. При «опрокидывании» схемы по характеру происходящих в них процессов транзисторы меняются местами, так как на базе открытого транзистора отрицательное напряжение уменьшается, а на базе ранее закрытого транзистора уменьшается положительное напряжение.

В итоге лавинообразного процесса потенциал базы ранее закрытого транзистора становится отрицательным и этот транзистор полностью открывается в режиме насыщения, а ранее открытый транзистор закрывается. Теперь напряжение питания оказывается приложенным к другой полуобмотке.

В дальнейшем процесс поочерёдного закрывания и открывания VT₁ и VT₂ будет периодически повторяться и через некоторое время установится как обычный колебательный режим.

Таким образом, работа автогенератора преобразователя основана на автоматическом периодическом переключении транзисторов, которое происходит практически мгновенно вследствие резкого возрастания намагничивающего тока при насыщении сердечника трансформатора. Изменяющийся по направлению и величине магнитный поток индуцирует переменное напряжение во вторичных обмотках (7-8); (9-10). Со вторичных обмоток трансформатора переменное напряжение поступает на выпрямители, работа которых была рассмотрена выше. (на рисунке 24 показан только один выпрямитель и сглаживающий фильтр VD1-VD4; L₁; C₂; C₃).

 

Типовые выпрямители военных установок связи.