یکسوساز سه فاز - بخش دوم

 

یکسوساز سه فاز تمام موج

مدار یکسوساز پل کنترل نشده تمام موج، از شش دیود تشکیل شده است. در این مدار، مشابه یکسوساز پل تکفاز، دو دیود برای هر فاز وجود دارد. یکسوکننده سه فاز تمام موج را می‌توان با استفاده از دو یکسوساز نیم موج ساخت. مزیت این مدار یکسوساز، ریپل خروجی کمتر نسبت به یکسوکننده سه فاز نیم موج است. دلیل این ریپل کم، شش برابر بودن فرکانس خروجی نسبت شکل موج AC ورودی است.

همچنین، یکسوکننده تمام موج می‌تواند از یک منبع سه فاز سه سیمه با اتصال مثلث نیز تغذیه شود که نیازی به سیم نول ندارد. شکل زیر، مدار یکسوکننده سه فاز تمام موج را نشان می‌دهد.

یکسوسازی سه فاز سه سیمه

مانند قبل، فرض می‌کنیم توالی به صورت قرمز-زرد-آبی (VA−Vb−VC) باشد و فاز قرمز (VA) در ۰∘آغاز شود. همان‌طور که در شکل بالا مشخص است، هر فاز بین دو دیود وصل می‌شود. یکی از دو دیود، بخش مثبت بار و دیگری، بخش منفی آن را تغذیه می‌کند.

دیود‌های D۱، D۳، D۲ و D۴ یک شبکه یکسوکننده پل را بین فاز‌های A. و B. تشکیل می‌دهند. به طور مشابه، دیود‌های D۳، D۵، D۴ و D۶ بین فاز‌های B. و C، و دیود‌های D۵، D۱، D۶ و D۲ بین فاز‌های C. و A.قرار دارند.

بنابراین، دیود‌های D۱، D۳ و D۵، بسته به اینکه ولتاژ کدام یک در سر آند بیشتر است، بخش مثبت را تغذیه می‌کنند. از سوی دیگر، کاتد دیود‌های D۲، D۴ و D۶، بسته به اینکه کدام‌یک منفی‌تر است، هدایت می‌کند.
‌
می‌توان مشاهده کرد که در یکسوسازی سه فاز، جفت دیود‌ها با الگوی خاصی جریان را هدایت می‌کنند. این الگو به صورت D۱−۲D۱−۶D۳−۶D۳−۶D۳−۴D۵−۴D۵−۲و D۱−۲است که در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل‌موج هدایت یکسوساز سه فاز تمام موج

در یکسوساز‌های قدرت سه فاز، هدایت همیشه در مثبت‌ترین دیود و منفی‌ترین دیود متناظر با آن انجام می‌شود. وقتی سه فاز در ترمینا‌ل‌های یکسوساز می‌چرخند، هدایت از یک دیود به دیود دیگر منتقل می‌شود. پس از آن، هر دیود ۱۲۰∘(یک‌سوم) از هر دوره تناوب منبع را با یک جفت دیود هدایت می‌کند. هر یک جفت دیود به اندازه ۶۰∘(یک‌ششم) یک تناوب را هدایت می‌کنند.

بنابراین، می‌توانیم بگوییم برای یک یکسوساز سه فاز که از طریق ثانویه ترانسفورماتور تغذیه می‌شود، هر فاز به اندازه ۳۶۰∘/۳
جدا خواهد شد و بنابراین به ۲×۳دیود نیاز داریم. لازم به ذکر است که برخلاف یکسوساز نیم موج، اتصال مشترکی بین ورودی یکسوکننده و ترمینال‌های خروجی وجود ندارد. بنابراین، می‌توان آن را با یک ترانسفورماتور با اتصال ستاره یا مثلث تغذیه کرد.

در نتیجه، مقدار DC میانگین شکل موج ولتاژ خروجی یک یکسوساز تمام موج سه فاز، برابر است با:



که در آن، VSبرابر با VL (PEAK) /√۳ و VL (PEAK) ولتاژ خط به خط ماکزیمم (۱.۴۱۴VL) است.

مثال ۲

یک یکسوساز پل تمام موج سه فاز برای تغذیه یک بار مقاومتی ۱۵۰اهمی نیاز داریم. منبع سه فاز با ولتاژ ۱۲۷ ولت، فرکانس ۶۰

هرتز و اتصال مثلث است. با چشم‌پوشی از افت ولتاژ دیودها، (الف) ولتاژ DC خروجی یکسوساز و (ب) جریان بار را محاسبه کنید.

حل (الف): ولتاژ خط RMS برابر با ۱۲۷ولت است. بنابراین، ولتاژ خط به خط پیک (VL−L (PEAK)) به صورت زیر است:


از آنجایی که منبع سه فاز است، ولتاژ فاز به نول (VP−N) هر فاز به صورت زیر محاسبه می‌شود:



در حقیقت می‌توان گفت:



بنابراین، ولتاژ خروجی DC یکسوکننده سه فاز، برابر است با:


‌
می‌توانیم با استفاده از ولتاژ RMS خط به خط، محاسبات بالا را کاهش دهیم و ولتاژ خروجی DC میانگین را به صورت زیر محاسبه کنیم:



حل (ب): خروجی یکسوساز، یک بار ۱۵۰اهمی مقاومتی را تغذیه می‌کند. با استفاده از قانون اهم، جریان بار به صورت زیر به دست می‌آید:



یکسوساز سه فاز کنترل شده

در یکسوسازی سه فاز کنترل نشده، از دیود برای تولید ولتاژ خروجی میانگین ثابت با توجه به مقدار ولتاژ‌های AC ورودی استفاده می‌شود. اما برای تغییر ولتاژ خروجی یکسوساز، باید همه یا تعدادی از دیود‌های کنترل نشده را با تریستور تعویض کنیم. در این صورت، یکسوکننده نیمه کنترل شده یا کاملاً کنترل شده خواهیم داشت.

تریستورها، قطعات نیمه‌هادی سه سر هستند و وقتی یک پالس تریگر مناسب به گیت آن‌ها اعمال شود و ولتاژ آند-کاتد آن‌ها مثبت باشد، جریان بار را از خود عبور می‌دهند. بنابراین، با تأخیر زمان پالس تریگر (زاویه آتش)، می‌توانیم تأخیر ایجاد کنیم.

در نتیجه، با یکسوسازی سه فاز کنترل شده که در آن به جای دیود از تریستور استفاده می‌شود، می‌توانیم مقدار ولتاژ خروجی DC را با کنترل زاویه آتش جفت تریستور‌ها کنترل کنیم و در نتیجه ولتاژ خروجی را به عنوان تابعی از زاویه آتش α.
یکسو کنیم.

بنابراین، تنها تغییری که در فرمول مربوط به ولتاژ خروجی میانگین یکسوساز پل سه فاز ایجاد می‌شود، ضرب کسینوس زاویه آتش یا cosαدر فرمول است. اگر زاویه آتش صفر باشد (cos (۰) =۱)، یکسوکننده کنترل شده، مانند یکسوکننده کنترل نشده دیودی قبل و با ولتاژ خروجی میانگین مشابه آن عمل خواهد کرد.

شکل زیر، یک یکسوکننده سه فاز کاملاً کنترل شده را نشان می‌دهد.

یکسوساز پل سه فاز کاملاً کنترل شده

جمع‌بندی

دیدیم که یکسوسازی سه فاز، فرایند تبدیل یک منبع AC سه فاز به یک ولتاژ DC پالس‌زن است. این یکسوسازی توان، یک منبع متناوب را به یک منبع یک‌جهته تبدیل می‌کند.

همچنین دیدیم که یکسوساز‌های کنترل نشده نیم موج سه فاز، از یک دیود برای هر فاز استفاده می‌کنند و باید به یک منبع با اتصال ستاره وصل شوند که دارای سیم چهارم (نول) برای بستن مدار از بار به منبع است. اما یکسوساز پل تمام موج را که از دو دیود برای هر فاز بهره می‌گیرد، می‌توان به یک منبع با اتثال مثلث متصل کرد که سه سیم دارد.

یک مزیت دیگر یکسوساز تمام موج، این است که جریان بار پل به خوبی متعادل شده و بازده (نسبت توان DC خروجی به توان تغذیه ورودی) را افزایش می‌دهد و فرکانس و دامنه ریپل خروجی آن را در مقایسه با پیکربندی نیم موج کاهش می‌یابد.

با افزایش تعداد فاز‌ها و دیود‌ها در پیکربندی پل، می‌توان به یک ولتاژ خروجی DC میانگین بالاتر با دامنه ریپل کمتر دست یافت؛ مثلاً با یکسوسازی شش فاز، که در آن، هر دیود فقط به اندازه یک‌ششم دوره تناوب هدایت می‌کند. علاوه بر این، فرکانس ریپل ولتاژ خروجی یکسوساز‌های چند فاز، بیشتر است و به همین دلیل، خروجی نرم‌تری دارند. بنابراین، می‌توان از یکسوساز‌های ۶، ۱۲، ۱۵ و حتی ۲۴ فاز برای بهبود ضریب ریپل در کاربرد‌های مختلف استفاده کرد.

 

منبع: فرادرس