Układy prostownikowe wielofazowe

Przy dużych prądach obciążenia korzysta się zazwyczaj z trójfazowych źródeł zasilających. Stosuje się wtedy układy prostownikowe wielofazowe. Wyróżnia się dwa podstawowe ich rodzaje:

  • układy prostownikowe jednokierunkowe
  • układy prostownikowe dwukierunkowe (mostkowe)

W pierwszym przypadku układ prostowniczy, zasilany z transformatora m-fazowego, zawiera w każdej fazie jedną diodę. Diod tych jest więc razem (m). Wszystkie są skierowane zgodnie i ich katody są zwarte i połączone z zaciskiem odbiornika. Każda z faz przewodzi kolejno przez 1/m okresu, wówczas gdy napięcie ma wartość większą niż napięcia pozostałych faz. Wskutek tego prąd w obciążeniu płynie ciągle i ma charakter tętniący.
W wielofazowych układach jednokierunkowych składową stałą napięcia na obciążeniu możemy wyznaczyć z wzoru:

gdzie:

  • UOS – wartość składowej stałej napięcia
  • Uf – wartość skuteczna napięcia fazowego (uzwojenia wtórnego)
  • Ufm = √2 Uf – wartość maksymalna napięcia fazowego
  • m – liczba faz (m≥0)

Składowa stała wzrasta w miarę zwiększania liczby faz. Zależność stosunku UOS/Ufm od liczby faz układu prostowniczego jednokierunkowego przedstawia poniższa tabelka:

m 1 2 3 4 6 12 ∞
Uos/Ufm 0,32 0,64 0,81 0,90 0,96 0,99 1

Wartość maksymalna i skuteczna prądu fazowego wynoszą odpowiednio:

     ,   

Sprawność mocowa:

Współczynnik tętnień wyraża się zależnością:

Poniżej przedstawiono kilka przykładowych schematów prostowników jednokierunkowych, z których każdy charakteryzuje się innymi parametrami wyjściowymi. Przy doborze odpowiedniego układu należy zwracać uwagę zarówno na powyższe parametry wyjściowe jak i względy ekonomiczne (koszt prostownika i transformatora zasilającego) a następnie wybrać najbardziej optymalne rozwiązanie.


Rys.1. Schemat prostownika jednokierunkowego trójpulsowego.


Rys.2. Schemat prostownika jednokierunkowego sześciopulsowego.
 


Rys.3. Schemat prostownika jednokierunkowego sześciopulsowego, złożonego z dwóch równolegle połączonych poprzez dławik wyrównawczy prostowników trójpulsowych.
 

W układach jednokierunkowych prądy w uzwojeniach wtórnych transformatora, połączonych z przekształtnikiem, płyną tylko przez część okresu. Stąd też moce typowe transformatorów znacznie przekraczają wartość mocy obwodu prądu stałego. Dodatkowo w układach jednokierunkowych, z uwagi na składową stałą prądu uzwojeń wtórnych, występuje niekorzystne zjawisko podmagnesowania rdzenia, zmniejszające sprawność przekształtnika i całego układu. Najkorzystniej pod względem wykorzystania transformatora prezentuje się układ sześciopulsowy z dławikiem wyrównawczym.

W drugim rodzaju wielofazowych układów prostowniczych, tzn. w układach dwukierunkowych (mostkowych), każda faza jest połączona z dwiema diodami: jedną z pierwszej grupy (D1, D2, D3) i jedną z drugiej grupy (D4, D5, D6). Prąd obciążenia, włączonego między połączone anody i katody obu grup diod, płynie zawsze przez dwie diody i dwie fazy uzwojenia wtórnego transformatora. Przebieg napięcia na obciążeniu wynika z chwilowych wartości napięć międzyfazowych. Prąd każdej fazy składa się natomiast z dwóch impulsów o czasie trwania 1/m okresu. Kierunek ich przepływu jest przeciwny, a więc prąd fazowy nie zawiera składowej stałej i nie powoduje podmagnesowania rdzenia. Dzięki temu uzyskuje się lepsze wykorzystanie transformatora i większą sprawność energetyczną prostownika ηp. Poniżej przedstawiono najczęściej stosowane dwukierunkowe układy prostownicze:


Rys.4. Schemat prostownika dwukierunkowego sześciopulsowego w układzie mostkowym.


Rys.5. Schemat prostownika dwunastopulsowego, złożonego z dwóch szeregowo połączonych prostowników sześciopulsowych mostkowych.


Rys.6. Schemat prostownika dwunastopulsowego, złożonego z dwóch równolegle połączonych poprzez dławik wyrównawczy prostowników sześciopulsowych mostkowych.

Układy mostkowe sześciopulsowe należą do najczęściej stosowanych układów przekształtnikowych głównie ze względu na najbardziej ekonomiczny bilans kosztów układu i jego parametrów wyjściowych. W układzie tym moce pozorne uzwojeń wtórnych i pierwotnych transformatora przekształtnikowego są sobie równe i przyjmują najmniejszą wartość z możliwych dla układów sześciopulsowych.
W celu uzyskania wysokich napięć wyjściowych stosuje się układy złożone z przekształtników połączonych szeregowo (Rys.5). Natomiast do zasilania odbiorników charakteryzujących się poborem dużych prądów buduje się układy złożone z równolegle połączonych przekształtników mostkowych (Rys.6).


Zasilacz ELHAND typu EZ3-50 kVA; 400V±2x2,5%AC// 110V-427ADC; IP24.

drukuj