Приведены варианты схем многофазных выпрямителей для получения выходных напряжений единичного или умноженного значений.
Первые выпрямители одно- и многофазных сигналов появились на свет не один десяток лет тому назад [1], Рисунок 1.
 |
|
| Рисунок 1. | Классические схемы выпрямителей: А – Мостовой выпрямитель переменного тока К.Ф. Поллака (1895), Л. Гретца (1897) Б – Однофазный двухполупериодный и трёхфазный однополупериодный выпрямитель В.Ф. Миткевича (1901) В – Однополупериодный выпрямитель П.У. Виллара (1901) Г – Выпрямитель с удвоением напряжения Г. Грайначера (1913) Д – Мостовой выпрямитель с удвоением напряжения Ж.Д. Делона (1921) Е – Трехфазная мостовая выпрямительная схема А.Н. Ларионова (1923) |
За последние десятилетия существенного разнообразия новых схем выпрямления сигналов не наблюдается. В этой связи определённый интерес представляют схемы многофазных выпрямителей, представленных на Рисунках 2–12, которые позволяют получить на выходах сразу два или более напряжений.
На Рисунке 2 показан пример выполнения трёхфазного выпрямителя, использующий почти классическое построение выпрямителей с удвоением выходных напряжений [3]. На одном выходе выпрямителя, Рисунок 2, формируется напряжение +U и на втором выходе – удвоенное напряжение +2U.
 |
|
| Рисунок 2. | Трехфазный выпрямитель с двумя выходными напряжениями. |
Представленная схема привлекательна тем, что позволяет использовать неограниченное количество источников многофазного напряжения. Стоит отметить, что чем больше в выпрямителе задействовано источников многофазных сигналов, тем менее выражены пульсации на выходе выпрямителя.
На Рисунке 3 показана возможность использования многофазного выпрямителя с источниками неограниченного количества фаз. Величина фазового сдвига между источниками переменного напряжения для снижения пульсации должна выбираться из выражения 360/n, где n – количество фаз. Так, для трёхфазного выпрямителя сдвиг фаз должен составлять 0, 120 и 240°.
 |
|
| Рисунок 3. | Многофазный выпрямитель с двумя выходными напряжениями. |
На Рисунке 4 представлены варианты выполнения трёхфазных выпрямителей, использующих иное строение. При равенстве количества элементов эти выпрямители позволяют получить на своих выходах напряжения как положительной, так и отрицательной полярности, равные по величине. По такому же принципу могут быть собраны выпрямители с количеством фаз более трех.
 |
|
| Рисунок 4. | Трехфазные выпрямители с двумя выходными напряжениями: А и Б – по схеме «звезда»; В – «треугольник». |
На Рисунке 5 представлен упрощённый вариант рассмотренных выше выпрямителей трёхфазных сигналов, единственным преимуществом которого является то, что в нём использовано меньшее количество выпрямительных диодов.
 |
|
| Рисунок 5. | Трехфазный выпрямитель (упрощенный вариант) с двумя выходными напряжениями. |
Для выпрямления многофазных источников переменного напряжения может быть использована схема выпрямителя, Рисунок 6.
 |
|
| Рисунок 6. | Многофазный выпрямитель (упрощенный вариант) с двумя выходными напряжениями. |
Интересной особенностью выпрямителей, Рисунки 5 и 6, является то, что при условии E1=E2=E3=230 B и равенстве сопротивлений нагрузки напряжение на выходе U1 равно +162 В, а на выходе U2 –162 В. В случае, если сопротивление нагрузки по выходу U1 вдвое выше сопротивления нагрузки по выходу U2, выходные напряжения равны, соответственно, +216 В и –108 В. При отсутствии нагрузки по одному из каналов выходное напряжение по второму из каналов возрастает до максимального значения +325 В или –325 В, соответственно.
Таким образом, несмотря на простоту схем, представленных на Рисунках 5 и 6, эти выпрямители имеют заметный недостаток, выражающийся в том, что при неравномерной нагрузке на выходы выпрямителя наблюдается отчётливо выраженные взаимовлияние величины нагрузки на одном из каналов на величину выходного напряжения на другом канале. Отличаются такие выпрямители и повышенным коэффициентом пульсаций выпрямленного напряжения.
Многофазные двухполупериодные выпрямители с использованием трансформатора, имеющего среднюю точку во вторичной обмотке, показаны на Рисунке 7. Частота пульсаций на выходах выпрямителей, Рисунок 7А и 7Б, равна 300 и 150 Гц, соответственно. Источники E1, E2 и E3, питающие первичные обмотки трансформаторов, могут быть включены «звездой» или «треугольником».
 |
|
| Рисунок 7. | Многофазный трансформаторный двухполупериодный выпрямитель, имеющий: А – одно выходное напряжение; Б – два выходных напряжения разной полярности. |
Многофазный мостовой выпрямитель, Рисунок 8, содержит минимально возможное количество выпрямительных диодов [3]. Частота пульсаций на выходе выпрямителя составляет 300 Гц при частоте входных источников напряжения, включенных по схеме «треугольник», 50 Гц.
 |
|
| Рисунок 8. | Многофазный мостовой выпрямитель с включением источников напряжения по схеме «треугольник». |
На основе однофазного диодно-емкостного выпрямителя, Рисунок 9 (слева), может быть создан многофазный выпрямитель параллельного типа, Рисунок 9 (справа), а также последовательного типа, Рисунок 10.
 |
|
| Рисунок 9. | Диодно-емкостной однофазный выпрямитель (слева) и многофазный выпрямитель параллельного типа на его основе (справа). |
 |
|
| Рисунок 10. | Многофазный выпрямитель на основе последовательного включения диодно-емкостных выпрямителей. |
Последовательное включение обычных мостовых выпрямителей, Рисунок 11, позволяет создать высоковольтный источник постоянного напряжения с промежуточными выходами. Частота пульсаций для трехфазного выпрямителя на верхнем по схеме выходе составляет 300 Гц, на среднем – 200 Гц и на нижнем – 100 Гц.
 |
|
| Рисунок 11. | Многофазный выпрямитель на основе последовательного включения мостовых выпрямителей. |
Схема многофазного мостового выпрямителя с переключаемыми выходными напряжениями показана на Рисунке 12. В зависимости от положения переключателя SA1 на выходах выпрямителя +U и –U можно получить напряжения положительной (0, +163 В, +325 В) и отрицательной (–325 В, –162 В, 0) полярности, соответственно.
 |
|
| Рисунок 12. | Многофазный выпрямитель с переключаемыми выходными напряжениями положительной (0, +163 В, +325 В) и отрицательной (–325 В, –162 В, 0) полярности. |
В выпрямителе можно использовать произвольное количество источников синусоидального напряжения – от одного до n, однако для снижения уровней пульсаций сдвиг фаз от источника к источнику сдвиг фаз так же, как и ранее, должен быть равен 360/n градусов. В качестве источников E1, E2 … En можно использовать вторичные обмотки трансформаторов. При среднем положении переключателя SA1 (равенство напряжений разных полярностей на нагрузках) сопротивления нагрузок Rн1 и Rн2 должны иметь одинаковое значение.
Литература
- Шустов М.А. История электричества. Москва; Берлин: Директ-Медиа. 2019. 567 с.
- Шустов М.А. Основы силовой электроники. СПб.: Наука и Техника, 2017. 336 с.
- Vytas LY3BG. Выпрямители.
