Princípio de operação e circuito de uma ponte retificadora trifásica

Os usuários de circuitos de energia de 380 volts em casa precisam de um retificador trifásico passivo (não controlado). Conhecer alguns dos recursos do dispositivo eletrônico e dos circuitos de retificação existentes será muito útil. Isso ajudará o proprietário do equipamento elétrico a operá-lo de forma mais competente e eficiente por um longo tempo.

Descrição do retificador

A principal diferença entre os dispositivos e suas contrapartes monofásicas é a seguinte:

• os primeiros são instalados em linhas de 220 Volt e servem para obter correntes constantes de magnitude insignificante (até 50 Amperes);
• retificadores trifásicos são usados ​​em circuitos onde as correntes de trabalho (retificadas) excedem significativamente este indicador e alcançam várias centenas de amperes.
• em comparação com as amostras monofásicas, esses dispositivos têm uma estrutura mais complexa.

Conhecidos circuitos de retificação de tensão trifásica, permitindo obter o nível mínimo de ondulação na saída.

Na engenharia elétrica, eles são chamados de "retificadores em ponte trifásica", porque pela maneira como abrem os diodos, controlados pela polaridade da tensão, eles se assemelham a uma ponte unidirecional sobre um rio. Apenas a direção do fluxo de elétrons neles se alterna com uma frequência de 50 Hz, que é inacessível para os carros passarem alternadamente para cada lado.

Princípio de operação

O princípio de operação de qualquer conversor de tensão senoidal é baseado nas propriedades do retificador de um elemento semicondutor especial - um diodo de germânio ou silício. Quando uma corrente alternada flui através dele, a meia-onda positiva "passa" livremente através da junção eletrônica de trabalho deslocada para a frente. Quando expostos a uma meia onda negativa, os elétrons encontram um obstáculo na forma de uma barreira de potencial, de modo que a corrente não pode fluir através da junção.

Nos circuitos de comutação mais simples, um ciclo incompleto de processamento de níveis variáveis ​​é usado, uma vez que a segunda meia onda é irremediavelmente perdida. Isso reduz significativamente a potência conversível. Para preservar o componente útil, foram desenvolvidos 2 circuitos de retificação de onda completa, nos quais o número de diodos foi aumentado para dois.

Um "circuito de ciclo completo" pode conter 4 elementos retificadores, mas este é um circuito em ponte.

Retificador multifásico de meia onda

A princípio, é mais conveniente considerar retificadores trifásicos de meia onda, que são simples de fabricar, usados ​​em circuitos conversores simples e baratos. Ao construí-los, um poderoso diodo é instalado em cada uma das fases, atendendo apenas a este ramo.

No total, uma amostra de retificador de meia onda usa três diodos semicondutores com cargas conectadas a eles. Depois de estudar os diagramas de tensões e correntes obtidas na saída do circuito elétrico, as seguintes conclusões podem ser tiradas:

• a eficiência (eficiência) de tal dispositivo é muito baixa;
• a potência útil é perdida durante o processamento de meias-ondas negativas de todas as três fases;
• ao usar tais dispositivos, é muito difícil obter as características de carga necessárias.

Todas essas desvantagens dos circuitos de meia onda forçaram os desenvolvedores a complicá-los aplicando o princípio da conversão paralela dupla.

Retificador de onda completa

Algumas amostras de equipamentos de potência operam apenas com uma grande quantidade de corrente retificada fluindo na carga. Os retificadores de meia onda não podem fornecê-lo, o que é explicado por perdas significativas neles. Para aumentar a capacidade de carga em circuitos de corrente trifásicos, retificadores de onda completa são cada vez mais usados, contendo dois diodos para cada fase.

A inclusão clássica neste caso é feita de acordo com o esquema de Larionov, em cuja homenagem o próprio retificador é nomeado.

Uma análise dos diagramas operacionais de tal retificador demonstra claramente suas vantagens indiscutíveis. Durante a operação desses circuitos, são utilizadas meias-ondas positivas e negativas, o que aumenta a eficiência de todo o conversor. Isso é explicado pelo fato de que a estrutura trifásica do circuito, juntamente com a retificação de onda completa, fornece um aumento de seis vezes na frequência de ondulação. Devido a isso, a amplitude do sinal na saída após os capacitores de suavização aumenta significativamente (em comparação com um retificador de meia onda), e a potência fornecida à carga aumenta.

Dispositivos de ponte

O "circuito retificador de ponte trifásica" permite aumentar ainda mais a eficiência de conversão de tensão alternada em tensão contínua. É mais conveniente representar este método de ativação na forma de uma combinação de dois circuitos de meia onda com um ponto zero, em que diodos ímpares formam um grupo catódico e os pares formam sua união anódica. Em um circuito de ponte trifásico, duas ramificações para processamento de meias-ondas de polaridade diferente são, na verdade, combinadas em um único sistema.

O princípio de operação de um retificador de ponte trifásico é mais fácil de imaginar da seguinte forma:

• quando um potencial alternado atua em sua entrada, para cada meia onda, dois dos quatro diodos acabam sendo abertos, conectados como se estivessem em um espelho;
• no primeiro caso, a meia onda positiva da tensão de entrada é retificada e, no segundo, a negativa;
• Como resultado, na saída de tal circuito cruzado, um sinal de mais sempre atua em um pólo da ponte e um sinal de menos no outro.

Tanto em pontes retificadoras trifásicas quanto em circuitos de onda completa em junções de diodo, parte da tensão de entrada é perdida (em cada diodo - não mais do que 0,6 Volts).

A perda total por ciclo (positiva e negativa) em uma ponte trifásica será de 1,2 Volts. Os projetistas de equipamentos retificadores sempre levam em consideração essas perdas e pré-configuram parâmetros de entrada ligeiramente superestimados para obter a potência de saída necessária.

Os diagramas ou gráficos de tensão da ponte são a melhor confirmação de que esta forma de conectar diodos ao circuito retificador fornece transferência máxima de energia. Ao mesmo tempo, pequenas perdas de tensão nas junções podem, na maioria das vezes, ser compensadas devido a uma melhor filtragem nos circuitos secundários.

Características de uma ponte trifásica e opções para sua construção

Os circuitos de ponte retificadora trifásica têm opções para melhorar os parâmetros do dispositivo. Eles podem ser melhorados com a introdução de elementos de válvula adicionais. Estão equipados com 6, 9 ou até 12 díodos retificadores, ligados em "estrela" ou "triângulo".

Quanto mais fases (ou pares de diodos) forem usados ​​no circuito retificador, menor será a ondulação da tensão de saída.

Como exemplo, considere um dispositivo com 12 diodos retificadores. Um dos grupos no valor de 6 peças está incluído neste caso de acordo com o esquema "estrela" com um ponto zero comum, e o segundo - em um triângulo (sem terra). Levando em consideração que os retificadores estão conectados em série, os potenciais na saída do sistema são somados e a frequência de ondulação na carga acaba sendo 12 vezes maior que o valor da rede (50 Hertz). Após a filtragem, a tensão fornecida ao consumidor é caracterizada por uma qualidade superior.

Comparação de dispositivos monofásicos e trifásicos

Ao comparar circuitos de retificação trifásicos com análogos monofásicos, é importante observar os seguintes pontos:

• os primeiros são usados ​​apenas em redes de energia de 380 volts, e o segundo tipo pode ser instalado em circuitos monofásicos e trifásicos (um para cada uma das fases);
• retificadores de 380 Volts permitem converter grande potência e desenvolver correntes significativas na carga;
• por outro lado, é um pouco mais difícil fazer um retificador trifásico por conta própria, uma vez que consiste em um número maior de componentes.

O cálculo de um retificador trifásico também será mais difícil, pois neste caso são levadas em consideração as componentes vetoriais das correntes e tensões efetivas. Isso se deve ao fato de que em circuitos de 380 Volts os parâmetros de fase são deslocados em relação uns aos outros em 120 graus.

Não é difícil entender a essência do funcionamento de um retificador trifásico. Para fazer isso, você precisará se familiarizar com os conceitos básicos dos dispositivos de válvula e analisar o circuito elétrico de sua conexão. O conhecimento do princípio de operação dos retificadores ajudará o usuário a usá-los com mais eficiência no trabalho diário.