Principi de funcionament i circuit d'un rectificador de pont trifàsic

Els usuaris de circuits de potència de 380 volts a la llar necessiten un rectificador trifàsic passiu (sense control). Conèixer algunes de les característiques del dispositiu electrònic i dels circuits de rectificació existents resultarà molt útil. Això ajudarà al propietari dels equips elèctrics a fer-los funcionar amb més competència i eficiència durant molt de temps.

Descripció del rectificador

La principal diferència entre els dispositius i els seus equips monofàsics és la següent:

• els primers s’instal·len en línies de 220 volts i serveixen per obtenir corrents constants de magnitud insignificant (fins a 50 amperes);
• els rectificadors trifàsics s’utilitzen en circuits on els corrents de treball (rectificats) superen significativament aquest indicador i arriben a diversos centenars d’amperes.
• en comparació amb mostres monofàsiques, aquests dispositius tenen una estructura més complexa.

Circuits de rectificació coneguts de tensió trifàsica, que permeten obtenir el nivell mínim d'ondulació a la sortida.

En enginyeria elèctrica, s’anomenen "rectificadors de ponts trifàsics", ja que per la manera d’obrir els díodes, controlats per la polaritat de la tensió, s’assemblen a un pont de sentit únic sobre un riu. Només la direcció del flux d’electrons en ells s’alterna amb una freqüència de 50 Hz, que és inaccessible perquè els cotxes passin alternativament a cada costat.

Principi de funcionament

El principi de funcionament de qualsevol convertidor de tensió sinusoidal es basa en les propietats del rectificador d’un element semiconductor especial: un díode de germani o silici. Quan hi circula un corrent altern, la mitja ona positiva "passa" lliurement per la unió electrònica de treball desplaçada en la direcció cap endavant. Quan s’exposen a una mitja ona negativa, els electrons es troben amb un obstacle en forma de barrera de potencial, de manera que el corrent no pot circular per la unió.

Als circuits de commutació més senzills, s’utilitza un cicle incomplet de processament de nivells variables, ja que la segona mitja ona es perd irrecuperablement. Això redueix significativament la potència convertible. Per preservar el component útil, es van desenvolupar circuits de rectificació de 2 ones completes, en què el nombre de díodes va augmentar a dos.

Un "circuit de cicle complet" pot contenir 4 elements rectificadors, però es tracta d'un circuit pont.

Rectificador multifàsic de mitja ona

Al principi, és més convenient considerar rectificadors de mitja ona trifàsics, de fabricació senzilla, que s’utilitzen en circuits convertidors simples i econòmics. En construir-los, s’instal·la un poderós díode en cadascuna de les fases, que serveix només a aquesta branca.

En total, una mostra de rectificador de mitja ona utilitza tres díodes semiconductors amb càrregues connectades a ells. Després d’estudiar els diagrames de tensions i corrents obtinguts a la sortida del circuit elèctric, es poden extreure les conclusions següents:

• l'eficiència (eficiència) d'aquest dispositiu és molt baixa;
• es perd energia quan es processen mitges ones negatives de les tres fases;
• quan s’utilitzen aquests dispositius, és molt difícil obtenir les característiques de càrrega requerides.

Tots aquests desavantatges dels circuits de mitja ona van obligar els desenvolupadors a complicar-los aplicant el principi de doble conversió paral·lela.

Rectificador d'ona completa

Algunes mostres d'equips de potència funcionen només amb una gran quantitat de corrent rectificat que flueix a la càrrega. Els rectificadors de mitja ona no ho poden proporcionar, cosa que s’explica per pèrdues importants en ells. Per augmentar la capacitat de càrrega en circuits de corrent trifàsics, s’utilitzen cada vegada més rectificadors d’ona completa, que contenen dos díodes per cada fase.

La inclusió clàssica en aquest cas es fa d'acord amb l'esquema de Larionov, en honor del qual es denomina el mateix rectificador.

L’anàlisi dels diagrames de funcionament d’aquest rectificador demostra clarament els seus avantatges indiscutibles. Durant el funcionament d’aquests circuits s’utilitzen mitges ones positives i negatives, cosa que augmenta l’eficiència de tot el convertidor. Això s’explica pel fet que l’estructura trifàsica del circuit, juntament amb la rectificació d’ona completa, proporciona un augment de la freqüència d’ondulació en sis vegades. A causa d'això, l'amplitud del senyal a la sortida després dels condensadors de suavitzat augmenta significativament (en comparació amb un rectificador de mitja ona) i augmenta la potència subministrada a la càrrega.

Dispositius pont

El "circuit rectificador de pont trifàsic" permet augmentar encara més l'eficiència de convertir la tensió alterna en tensió directa. És més convenient representar aquest mètode d’encesa en forma de combinació de dos circuits de mitja ona amb punt zero, en què els díodes senars formen un grup de càtodes i els parells formen la seva unió d’ànodes. En un circuit de pont trifàsic, dues branques per processar mitjanes ones de polaritat diferent es combinen en un sol sistema.

El principi de funcionament d’un rectificador de pont trifàsic és més fàcil d’imaginar de la següent manera:

• quan un potencial altern actua a la seva entrada, per cada mitja ona, dos de cada quatre díodes resulten estar oberts, connectats com si fossin en un mirall;
• en el primer cas, es rectifica la mitja ona positiva de la tensió d’entrada i, en el segon, la negativa;
• Com a resultat, a la sortida d’aquest circuit creuat, un plus sempre actua en un pol del pont i un menys a l’altre.

Tant en ponts rectificadors trifàsics com en circuits d’ona completa en juntes de díodes, es perd una part de la tensió d’entrada (a cada díode, no més de 0,6 volts).

La pèrdua total per cicle (positiva i negativa) en un pont trifàsic serà, doncs, d’1,2 volts. Els dissenyadors d'equips rectificadors sempre tenen en compte aquestes pèrdues i preestableixen paràmetres d'entrada lleugerament sobreestimats per obtenir la potència de sortida requerida.

Els diagrames o parcel·les de tensió del pont són la millor confirmació que aquesta manera de connectar els díodes al circuit rectificador proporciona la màxima transferència d’energia. Al mateix temps, les petites pèrdues de tensió a les unions es poden compensar sovint a causa d’un millor filtratge als circuits secundaris.

Característiques d’un pont trifàsic i opcions per a la seva construcció

Els circuits de pont rectificador trifàsic tenen opcions per millorar els paràmetres del dispositiu. Es poden millorar introduint elements de vàlvula addicionals. Estan equipats amb 6, 9 o fins i tot 12 díodes rectificadors, connectats segons l'esquema "estrella" o "triangle".

Com més fases (o parells de díodes) s’utilitzen en el circuit del rectificador, menor serà la ondulació de la tensió de sortida.

Com a exemple, considerem un dispositiu amb 12 díodes rectificadors. Un dels grups en la quantitat de 6 peces s'inclou en aquest cas segons l'esquema "estrella" amb un punt zero comú, i el segon - en un triangle (sense terra). Tenint en compte el fet que els rectificadors estan connectats en sèrie, es resumeixen els potencials a la sortida del sistema i la freqüència d’ondulació de la càrrega resulta ser 12 vegades superior al valor de xarxa (50 Hz). Després del filtratge, la tensió subministrada al consumidor es caracteritza per una qualitat superior.

Comparació de dispositius monofàsics i trifàsics

En comparar circuits de rectificació trifàsics amb anàlegs monofàsics, és important tenir en compte els punts següents:

• els primers només s’utilitzen en xarxes d’alimentació de 380 volts i es permet instal·lar el segon tipus tant en circuits monofàsics com trifàsics (un per a cadascuna de les fases);
• els rectificadors de 380 volts permeten convertir grans potències i desenvolupar corrents significatius en la càrrega;
• d'altra banda, és una mica més difícil fer un rectificador trifàsic pel vostre compte, ja que consta d'un nombre més gran de components.

El càlcul d’un rectificador trifàsic també serà més difícil, ja que en aquest cas es tenen en compte els components vectorials dels corrents i tensions efectius. Això es deu al fet que als circuits de 380 volts els paràmetres de fase es desplacen els uns amb els altres en 120 graus.

No és difícil entendre l’essència del funcionament d’un rectificador trifàsic. Per fer-ho, haureu de familiaritzar-vos amb els conceptes bàsics dels dispositius de vàlvules i analitzar la connexió del circuit elèctric. El coneixement del principi de funcionament dels rectificadors ajudarà l’usuari a utilitzar-lo de manera més eficient en el treball quotidià.