Rectificador trifásico

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Rectificador trifásico  : un dispositivo utilizado para obtener corriente continua de una corriente alterna trifásica del sistema Dolivo-Dobrovolsky .

Historia y clasificación

Los más comunes son el rectificador trifásico según el esquema Mitkevich V.F. (sobre tres diodos ), propuesto por él en 1901 [1] , y el rectificador trifásico según el esquema Larionov A.N. (sobre seis diodos), propuesto por él en 1924 [2] [3] . En 1923, también se presenta la patente estadounidense US1610837 A para rectificadores trifásicos.

Menos conocidos son los rectificadores trifásicos según los esquemas "tres puentes paralelos" (en doce diodos), "tres puentes en serie" (en doce diodos), etc., que en muchos aspectos superan tanto el esquema Mitkevich como el esquema Larionov. . Esto requiere diodos con una corriente promedio a través de un diodo de casi la mitad que en el circuito de Larionov.

El rectificador de Mitkevich es un paralelo de un cuarto de puente, el rectificador de Larionov no es un puente completo, como a menudo se cree, sino un paralelo de medio puente ("tres medios puentes paralelos"). Dependiendo del circuito de conmutación de un transformador trifásico o un generador trifásico (estrella, triángulo), el circuito Larionov tiene dos variedades: "estrella-Larionov" y "triángulo-Larionov", que tienen diferentes voltajes, corrientes, internos resistencias

Se puede ver en los diagramas que el circuito de Mitkevich es un circuito de Larionov incompleto, y el circuito de Larionov es un circuito de "tres puentes paralelos" incompleto.

Debido al principio de reversibilidad de las máquinas eléctricas , los convertidores ( inversores ) se construyen según los mismos esquemas .

Rectificador trifásico "tres cuartos de puente en paralelo" ( Mitkevich VF )

En [4] se proporciona un diagrama de un rectificador de mercurio trifásico según el esquema de Mitkevich .

"Parcialmente tres medias ondas con salida cero". El área bajo la curva integral es:

donde  es el valor instantáneo máximo (más grande) de EMF ,  - valor efectivo (efectivo) del EMF del devanado secundario del transformador o generador.

La FEM promedio es:

En reposo y cerca de él, el EMF en la rama con el EMF más grande en un segmento dado del período del EMF cambia hacia el bloqueo (cierra) los diodos en la rama con el EMF más pequeño en este segmento del período. La resistencia activa equivalente relativa en este caso es igual a la resistencia de una rama 3 r . Con un aumento de carga (disminución de R n ), aparecen y aumentan segmentos del período en los que ambas ramas trabajan en la misma carga en paralelo. La resistencia activa interna equivalente relativa en estos segmentos es igual a 3 r /2. En el modo de cortocircuito, estos segmentos son máximos, pero la potencia útil en este modo es cero.

Los semiciclos negativos no se utilizan en el rectificador Mitkevich. Debido a esto, el rectificador Mitkevich tiene un factor de utilización muy bajo de la potencia total del transformador y se usa a potencias bajas.

La frecuencia de ondulación es 3 f , donde f  es la frecuencia de la red.

La amplitud absoluta de las pulsaciones es .

La amplitud relativa de las pulsaciones es 0,5/0,83 = 0,6 (60%).

Tres medios puentes divididos en paralelo (tres "duplicación de voltaje" en paralelo)

Rectificador trifásico "tres medios puentes en paralelo, unidos por un anillo (triángulo)" (" triángulo de Larionov ")

En alguna literatura eléctrica, a veces no distinguen entre circuitos "triángulo-Larionov" y "estrella-Larionov", que tienen diferentes valores de voltaje rectificado promedio, corriente máxima, resistencia interna activa equivalente, etc.

En el rectificador "triángulo-Larionov", las pérdidas en el cobre son mayores que en el rectificador "estrella-Larionov", por lo tanto, en la práctica, el esquema "estrella-Larionov" se usa con mayor frecuencia.

Además, los rectificadores de A. N. Larionov a menudo se denominan puentes rectificadores, de hecho, son semipuentes paralelos.

En alguna literatura, los rectificadores de Larionov y similares se denominan "onda completa" ( ing.  onda completa ), de hecho, los rectificadores de "puente de tres series" y similares son de onda completa.

El área bajo la curva integral es:

La FEM promedio es:

es decir, más que en el rectificador Mitkevich.

Hay dos períodos en el trabajo del esquema "triángulo-Larionov". El período largo es de 360° ( ). El período pequeño es igual a 60° ( ), y se repite dentro del grande 6 veces. El periodo pequeño consta de dos semiciclos pequeños de 30° cada uno ( ), los cuales son simétricos especularmente y por lo tanto basta con analizar el funcionamiento del circuito en un semiciclo pequeño de 30°.

En reposo y en modos cercanos a él, el EMF en la rama con el EMF más grande en un segmento determinado del período retrocede (cierra) los diodos con EMF más pequeños en un segmento determinado del período.

En el momento inicial ( ), la FEM en una de las ramas es igual a cero, y la FEM en las otras dos ramas es igual , mientras que dos diodos superiores y un diodo inferior están abiertos. El circuito equivalente consta de dos ramas paralelas con la misma FEM (0,87) y las mismas resistencias de 3 r cada una, la resistencia equivalente de ambas ramas es de 3 r /2. Además, en un semiciclo pequeño, uno de los dos EMF igual a 0,87 crece a 1,0, el otro disminuye a 0,5 y el tercero crece de 0,0 a 0,5. Uno de los dos diodos superiores abiertos se cierra, y el circuito equivalente se convierte en una conexión en paralelo de dos ramas, en una de las cuales hay un EMF grande y su resistencia es 3 r , en la otra rama, dos EMF más pequeños están conectados en serie, y su resistencia es 2 × 3 r \u003d 6 r , la resistencia equivalente de ambas ramas es

La frecuencia de ondulación es 6 f , donde f  es la frecuencia de la red.

La amplitud absoluta de las pulsaciones es igual a:

La amplitud relativa de las pulsaciones es 0,13/0,95 = 0,14 (14%).

Rectificador trifásico "tres medios puentes en paralelo, unidos por una estrella" (Star- Larionov )

El rectificador estrella-Larionov (seis pulsos) se utiliza en los generadores de suministro de energía de la red de a bordo en casi todos los medios de transporte (tractor, agua, submarino, aire, etc.). En el accionamiento eléctrico de locomotoras diesel-eléctricas y barcos diesel-eléctricos, casi toda la energía pasa a través del rectificador estrella-Larionov.

El área bajo la curva integral es:

.

El EMF promedio es igual a:, es decir, veces más que en los circuitos "triángulo-Larionov" y "tres puentes paralelos completos" y el doble que en el circuito Mitkevich.

Este rectificador tiene un período largo de 360° y un período corto de 60°. Hay 6 períodos pequeños en el período grande. Un pequeño periodo de 60° consta de dos partes simétricas especulares de 30° cada una, por tanto, para describir el funcionamiento de este circuito, basta analizar su funcionamiento en una parte de 30° de un pequeño periodo. Al comienzo de un período pequeño ( ), la FEM en una de las ramas - fase U1 es cero, y en las otras dos fases U2 y U3 - 0.87 × Emax cada una. Estas dos fases U2 y U3 están conectadas en serie en un tiempo inicial dado . En este caso, la resistencia activa interna equivalente es igual a . Además, una de las fases U2 de EMF aumenta de 0,87 a 1,0, la otra U3 disminuye de 0,87 a 0,5 y la tercera fase U1 aumenta de 0,0 a 0,5. - donde y se cruza en el gráfico en el punto 0.5Emax con la fase U3 - vea la figura de un cambio visual en las fases en el enlace https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Spannungsverlauf_Dreiphasen-Wechselstrom. gif El circuito equivalente cambia y representa dos ramas conectadas en serie, en una de las cuales una FEM y su resistencia es igual a la resistencia de un devanado 3 r , en las otras dos FEM conectadas en paralelo con una resistencia de 3 r cada una, la La resistencia equivalente de dos ramales paralelos es de 3 r /2. La resistencia interna activa equivalente de todo el circuito es 3 r /2 + 3 r \u003d 9 r /2 \u003d 4.5 r . En modos cercanos al ralentí (con cargas bajas), en ramas paralelas, la FEM en la rama con una FEM más grande polariza inversamente (cierra) el diodo en la rama con una FEM más baja, mientras que el circuito equivalente cambia. Con un aumento en la carga, aparecen y aumentan segmentos del período en los que ambas ramas trabajan en la carga en paralelo. En el modo de cortocircuito, los segmentos de operación en paralelo aumentan hasta la duración de todo el período, pero la potencia útil en este modo es cero.

La frecuencia de ondulación es 6 f , donde f  es la frecuencia de la red.

La amplitud absoluta de las pulsaciones es .

La amplitud relativa de las pulsaciones es 0,23/1,65 = 0,14 (14%).

Rectificador trifásico "tres rectificadores Mitkevich paralelos bifásicos de dos cuartos de puente en paralelo" (6 diodos)

A veces llamado "seis fases" en la literatura (consulte la página de Wikipedia en alemán de: Gleichrichter # Gleichrichter für Dreiphasenwechselstrom Sechspuls-Sternschaltung (M6): 6-Phasen-Gleichrichter mit Mittelpunktanzapfungen am Drehstromtransformator).

Es casi un análogo del rectificador de "tres puentes completos en paralelo" y tiene casi las mismas propiedades que el rectificador de "tres puentes completos en paralelo", pero la resistencia activa interna equivalente es casi el doble, el número de diodos es la mitad como mucho, la corriente promedio a través de un diodo es casi el doble.

El área bajo la curva integral es:

.

El EMF promedio es igual a:, es decir, lo mismo que en el esquema "triángulo-Larionov" y una vez menos que en el esquema "estrella-Larionov".

Rectificador trifásico "tres rectificadores Mitkevich paralelos bifásicos de dos cuartos de puente en serie" (6 diodos)

Es casi análogo al rectificador de "tres puentes completos en serie" y tiene casi las mismas propiedades, pero la resistencia activa interna equivalente es casi el doble, el número de diodos es la mitad, la corriente promedio a través de un diodo es casi dos veces más.

Rectificador trifásico "tres puentes completos en paralelo" (12 diodos)

Menos conocidos son los rectificadores trifásicos de puente completo según el esquema de "tres puentes en serie" (en doce diodos), etc., que en muchos aspectos superan al rectificador Larionov A.N. "El rectificador de A. N. Larionov, y el rectificador de A. N. Larionov es un rectificador "inacabado" de "tres puentes paralelos".

El área bajo la curva integral es:

.

El EMF promedio es igual a:, es decir, lo mismo que en el esquema "triángulo-Larionov" y una vez menos que en el esquema "estrella-Larionov".

En el modo inactivo, el EMF en el puente con el EMF más grande en un segmento dado de un período largo retrocede (cierra) los diodos en los puentes con EMF más pequeños en un segmento dado de un período largo. En este caso, la resistencia activa interna equivalente es igual a la resistencia activa de un puente (un devanado) 3 r . Con un aumento de carga (disminución de R n ), aparecen y aumentan segmentos del período en los que dos puentes trabajan sobre la carga en paralelo, la resistencia activa interna equivalente en estos segmentos del período es igual a la resistencia de dos puentes paralelos 3 r / 2 = 1,5 r . Con un aumento adicional en la carga, aparecen segmentos del período y aumentan en los que los tres puentes trabajan en la carga en paralelo, la resistencia activa interna equivalente en estos segmentos del período es igual a la resistencia de tres puentes paralelos r . En el modo de cortocircuito, se cargan los tres puentes paralelos, pero la potencia neta en este modo es cero. De esto se deduce que, teniendo en cuenta la diferencia en los valores de EMF ( ), la resistencia activa interna equivalente (y las pérdidas en el cobre) del rectificador de "tres puentes paralelos" es menor que en el rectificador de "estrella-Larionov". Debido a la menor resistencia interna equivalente en el rectificador de "tres puentes paralelos completos", las características de carga de estos dos rectificadores son diferentes.

El rectificador de "tres puentes paralelos" es más confiable que el rectificador "estrella-Larionov". Cuando 5/6 diodos se rompen (se queman), el rectificador estrella-Larionov se vuelve completamente inoperante, y los tres puentes rectificadores paralelos, en el caso de los diodos restantes en los brazos opuestos de un puente, todavía dan aproximadamente 1/6 del total. energía, que puede ser suficiente para "resistir" antes de la reparación. En el rectificador de "tres puentes paralelos completos", la corriente promedio a través de un diodo es casi la mitad que en el rectificador "star-Larionov", y dichos diodos son más baratos y asequibles.

Defectos
  1. Con corrientes de carga muy bajas, la resistencia activa interna equivalente es casi igual a la resistencia activa de un devanado, es decir, más que en el rectificador triangular-Larionov.

Eliminar la deficiencia. Con corrientes de carga muy bajas, el circuito de "tres puentes paralelos" se puede cambiar al circuito "triángulo-Larionov" mediante un interruptor con tres grupos de contactos de cierre.

  1. Debido a la red trifásica de cuatro hilos, el rectificador de "tres puentes paralelos" solo puede funcionar cerca del transformador, el rectificador de Larionov, a una distancia del transformador.

Eliminar la deficiencia. Cableado de una línea eléctrica de seis hilos.

En términos de propiedades, este rectificador está más cerca de las fuentes actuales y puede reemplazar a los rectificadores "estrella-Larionov" y "triángulo-Larionov" en casi todos los dispositivos ( accionamiento eléctrico de locomotoras diesel , barcos de motor, barcos de propulsión nuclear , trenes de laminación, plataformas de perforación, fuentes de alimentación para electrolizadores potentes , transmisores de radio potentes , radares de alta potencia , láseres de alta potencia , vehículos eléctricos de corriente continua , generadores de la red a bordo de auto-tractor y otros equipos y en otros dispositivos), mientras que el se reduce el calentamiento de los devanados y se ahorra aproximadamente un 4% de electricidad ( combustible ).

La frecuencia de ondulación es 6 f , donde f  es la frecuencia de la red.

La amplitud absoluta de las pulsaciones es .

La amplitud relativa de las pulsaciones es 0,13/0,95 = 0,14 (14%).

Rectificador trifásico "tres puentes completos en serie" (12 diodos)

El área bajo la curva integral es:

El EMF promedio es igual a:, es decir, el doble que en el esquema "triángulo-Larionov".

La resistencia activa interna equivalente relativa es igual a la resistencia de tres puentes conectados en serie con una resistencia de 3 r cada uno, es decir, 9 r .

La corriente en la carga es ????

La potencia en la carga es ????

La frecuencia de ondulación es 6 f , donde f  es la frecuencia de la red.

La amplitud absoluta de las pulsaciones es .

La amplitud relativa de las pulsaciones es 0,27/1,91 = 0,14 (14%).

Este rectificador tiene la resistencia activa interna equivalente más alta y el EMF promedio más alto, sus propiedades están más cerca de la fuente de voltaje y puede usarse en fuentes de voltaje de alto voltaje (en instalaciones para purificación electrostática de gases industriales ( filtro electrostático ), etc.) .

Rectificador trifásico estático de doce pulsos

Es una conexión en paralelo (oa veces en serie) de dos rectificadores Larionov con un cambio de fase de las corrientes trifásicas de entrada. Al mismo tiempo, el número de semiciclos rectificados se duplica en comparación con el rectificador Larionov convencional, por lo que la amplitud relativa de las ondas de tensión rectificadas disminuye y la frecuencia de las ondas de tensión rectificadas se duplica, lo que también facilita el suavizado de la tensión rectificada. . [5]

El EMF de salida promedio del rectificador de puentes paralelos Larionov con un cambio de fase de los voltajes de suministro

donde  es la amplitud de voltaje, entre los puntos de conexión de fase a las entradas de uno de los rectificadores.

La conexión en serie de los rectificadores de Larionov con un cambio de fase de 30 grados (un rectificador se alimenta de la "estrella", el otro del "triángulo") proporciona un EMF constante promedio

donde  es la amplitud de voltaje, entre los puntos de conexión de fase a las entradas de uno de los rectificadores. La amplitud de la pulsación es aproximadamente el 3,44 % de la FEM rectificada promedio.

Rectificadores trifásicos de "seis puentes" (24 diodos)

Aún menos conocidos son los rectificadores trifásicos de "seis puentes en paralelo" y "seis puentes en serie". Constan de dos transformadores trifásicos. Los devanados primarios de uno de ellos están encendidos por una estrella, el otro por un triángulo, lo que crea un cambio de fase de 30 °. Seis devanados secundarios están conectados a seis puentes (veinticuatro diodos). Los puentes se pueden encender de diferentes maneras, una de ellas es la conexión en paralelo de los seis puentes. Debido a las pequeñas ondas, el rectificador según este esquema es comparable en términos de masa de acero y cobre con el rectificador de "tres puentes paralelos" con un inductor de filtro que suaviza las ondas al mismo nivel. Estos rectificadores son de puente completo. Ellos, como el rectificador de "tres puentes paralelos", son superiores en muchos aspectos tanto al rectificador Mitkevich como al rectificador Larionov. Esto requiere diodos con una corriente promedio a través de un diodo casi cuatro veces menor que en el circuito de Larionov, y la mitad que en el circuito de "tres puentes completos paralelos". Este esquema le permite construir un rectificador de alta potencia en elementos de baja potencia.

EMF promedio a la salida del rectificador "seis puentes en paralelo"

.

El rectificador trifásico de seis puentes en serie tiene la resistencia activa interna equivalente más alta y se puede usar en fuentes de alta tensión y alta potencia, por ejemplo, en fuentes de alimentación para plantas industriales de tratamiento de gases electrostáticos.

EMF promedio a la salida del rectificador "seis puentes en serie"

.

Esto es el doble de la cantidad de "tres puentes en serie".

Aplicación

Véase también

Notas

  1. Circuito trifásico con salida cero del transformador (propuesto en 1901 por V.F. Mitkevich) Copia de archivo fechada el 21 de septiembre de 2016 en Wayback Machine  (enlace inaccesible) Consultado el 6 de junio de 2016.
  2. Circuito puente trifásico (propuesto en 1924 por A. N. Larionov, utilizado sin transformador) Copia archivada el 21 de septiembre de 2016 en Wayback Machine  (enlace inaccesible) Consultado el 6 de junio de 2016.
  3. Shustov M.A. Historia de la electricidad. - M., Berlín: Direct-Media, 2019. - 568 p. — ISBN 978-5-4475-9841-9 .
  4. Tabla 18. Rectificador de mercurio trifásico . Archivado el 21 de septiembre de 2016 en Wayback Machine  (enlace no disponible) . Consultado el 6 de junio de 2016.
  5. Convertidor para alimentación de la red de alimentación de tracción. Fig. 3.  (enlace no disponible)

Literatura

Enlaces