پل دیود سه فاز (Three-Phase Bridge Rectifier)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
پل دیود سه فاز (Three-Phase Bridge Rectifier) :
پل دیود سه فاز (Three-Phase Bridge Rectifier) یک مدار یکسوساز است که برای تبدیل ولتاژ متناوب سه فاز (Three-Phase AC) به ولتاژ مستقیم (DC) استفاده می شود. این مدار از شش دیود تشکیل شده است که در یک پیکربندی پل سه فاز (سه دیود در بالا و سه دیود در پایین) متصل می شوند. پل دیود سه فاز در کاربردهای صنعتی با توان بالا مانند درایوهای موتورهای بزرگ، یکسوسازهای صنعتی، و منابع تغذیه جوشکاری استفاده می شود.
پیکربندی پل دیود سه فاز شامل سه ورودی (R, S, T) برای اتصال به سه فاز AC و دو خروجی (مثبت و منفی) برای DC است. در هر لحظه، دیودی از گروه بالا که بیشترین ولتاژ مثبت را در آند خود دارد و دیودی از گروه پایین که کمترین ولتاژ منفی (بیشترین ولتاژ مثبت از نظر کاتد) را دارد، هدایت می کنند. به این ترتیب، در هر لحظه دو دیود (یکی از بالا و یکی از پایین) هدایت می کنند و جریان بار را تأمین می کنند.
مزایای یکسوساز سه فاز نسبت به تک فاز عبارتند از: ولتاژ خروجی DC با ریپل (Ripple) بسیار کمتر (فرکانس ریپل ۳۰۰ هرتز برای فرکانس شبکه ۵۰ هرتز) که نیاز به فیلتر کمتری دارد، ضریب بهره برداری (Utilization Factor) بالاتر ترانسفورماتور، و توان خروجی بالاتر. در نتیجه، برای توان های بالا (معمولا بالای ۵ کیلووات) از یکسوساز سه فاز استفاده می شود.
پارامترهای مهم پل دیود سه فاز مشابه پل تک فاز است: حداکثر جریان خروجی DC (I_O)، حداکثر ولتاژ معکوس (PIV) (که در پل سه فاز، PIV برابر با پیک ولتاژ خط-به-خط (Line-to-Line) است)، و افت ولتاژ کل (که مجموع افت ولتاژ دو دیود در مسیر است).
محاسبه ولتاژ خروجی DC در یکسوساز سه فاز با بار مقاومتی:
\[ V_{DC} = \frac{3\sqrt{3} V_m}{\pi} \approx 1.654 V_m \]که در آن
\[ V_m \]پیک ولتاژ فاز به نول (Phase-to-Neutral) است. ولتاژ معکوس هر دیود برابر با پیک ولتاژ خط-به-خط (
\[ \sqrt{3} V_m \]) است.
کاربرد اصلی پل دیود سه فاز در درایوهای موتورهای AC و DC صنعتی (Industrial Motor Drives) است. در این کاربردها، ابتدا برق سه فاز AC توسط پل دیود به DC تبدیل می شود، سپس توسط یک اینورتر (Inverter) به AC با فرکانس متغیر برای کنترل سرعت موتور تبدیل می شود. همچنین در یکسوسازهای ورودی منابع تغذیه صنعتی با توان بالا و سیستم های جوشکاری قوسی (Arc Welding) استفاده می شود.
پل های دیود سه فاز معمولا به صورت ماژول های قدرتی (Power Modules) عرضه می شوند که شامل شش دیود در یک بسته واحد با قابلیت نصب بر روی هیت سینک هستند. این ماژول ها برای جریان های ۱۰ تا چند هزار آمپر و ولتاژهای ۶۰۰ ولت تا ۶.۵ کیلوولت موجود هستند. سری معروف شامل ماژول های MDDST از شرکت هایی مانند Infineon، Semikron، و IXYS است.
در برخی کاربردها، به جای شش دیود مجزا، از ترکیب دو ماژول پل سه فاز (Six-Pack) استفاده می شود که شامل شش دیود و گاهی همراه با شش تریستور (برای یکسوساز کنترل شده) است. این ماژول ها به طور گسترده در درایوهای موتور و منابع تغذیه صنعتی استفاده می شوند.
مدیریت حرارتی در پل های دیود سه فاز بسیار حیاتی است. تلفات توان در جریان های بالا می تواند به چند کیلووات برسد. بنابراین، این ماژول ها معمولا بر روی هیت سینک های بزرگ با خنک کاری اجباری هوا یا مایع نصب می شوند. اندازه هیت سینک بر اساس تلفات و دمای محیط محاسبه می شود.
در نهایت، پل دیود سه فاز یک قطعه کلیدی در الکترونیک قدرت صنعتی است. با افزایش استفاده از موتورهای با سرعت متغیر (VFD) و انرژی های تجدیدپذیر (مانند اینورترهای خورشیدی و بادی)، اهمیت این یکسوسازها رو به افزایش است. ماژول های مدرن با استفاده از دیودهای SiC و تکنولوژی های پیشرفته، بازده بالاتر و چگالی توان بیشتری را ارائه می دهند.
