2. Источники вторичного электропитания - выпрямители неуправляемые выпрямители

В общем случае структурная схема выпрямительного устройства (рис, 10.33) содержит трансформатор Т, выпрямитель В, сглаживающий фильтр Ф и стабилизатор выпрямленного напряжения Ст. Трансформа­тор служит для изменения синусоидального напряжения сети С до не­обходимого уровня, которое затем выпрямляется. Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации выпрямленного напряжения. Стабилиза­тор поддерживает неизменным напряжение на приемнике П при изме­нении напряжения сети. Отдельные узлы выпрямительного устройства могут отсутствовать, что зависит от условий работы.

В дальнейшем вместо термина "выпрямительное устройство" будем пользоваться сокращенным — "выпрямитель". По числу фаз источника выпрямленного синусоидального напряжения различают однофазные и многофазные (чаще трехфазные) выпрямители, по схемотехническо­му решению - с выводом нулевой точки трансформатора и мостовые, по возможностям регулирования выпрямленного напряжения - не­управляемые и управляемые. В неуправляемых выпрямителях для вы­прямления синусоидального напряжения включаются диоды, т. е. не­управляемые вентили, а для сглаживания выпрямленного напряжения — обычно емкостные фильтры.

Для упрощения расчетов примем, что приемник представляет собой резистивный двухполюсник с сопротивлением нагрузки, а диоды — идеальные ключи, т. в. реализуют короткое замыкание цепи для тока в прямом направлении (R_VD = 0) и ее разрыв для тока в обратном направлении (R_VD = ∞).

А. Однофазные выпрямители.

R_VD = 0

R_VD = ∞

Однофазная однополупериодная схема выпрямления

[0;:

VD- открыт, R_VD =0

U_H = U₂ i_H =

U_VD = I_H R_VD = 0

[0; 2]:

VD – закрыт; R_VD = ∞

i_H = = 0 U_H = R_H*i_H = 0

U_VD = U₂ -iR_H = U₂

Среднее значение выпрямленного напряжения

Ucp = U₀ =

Uсрн = Uон = = 0,318U_2m = 0,45U₂

Icp_H = = 0,318

U_{обр max} = U_2m = U₂

I _{ср пр VD} = I_{ср н}

1-фазная 2-полупериодная схема выпрямления с нулевым выводом

В однофазном выпрямителе с нулевым выводом трансформатора приемник подключается к выводу от середи­ны вторичной обмотки трансформатора (рис. 10.34). Рассмотрим снача­ла работу выпрямителя вез сглаживающего фильтра (ключ К разомк­нут). бели в каждой половине вторичной обмотки с числом витков wb считать положительным то направление тока, при котором соответ­ствующий диод открыт, то ток в каждой половине обмотки и в каждом диоде будет синусоидальным в течение положительного (для этой полови­ны) полупериода и равным нулю в течение отрицательного полупериода (рис. 10.35, д). В приемнике положи­тельные направления обоих токов со­впадают, т.е. i_н = i₁ + i₂, (рис. 10.35, 6).

Рис. 10. 34 Рис. 10. 35

[0;:

VD1- открыт; VD2 – закрыт

U_H = U₂₁; i_H = ; R_VD1 = 0;

U_VD1 = i_H = R_VD1 = 0

U_VD2 = (U₂₁ + U₂₂) – i_HR_VD1 = 2U₂₁

[0; 2]:

VD1-закрыт; VD2 – открыт;

U_H = U₂₂; I_H= ; R_VD2= 0

U_VD2 = i_HR_VD2 = 0

U_VD1 = (U₂₁ + U₂₂) – i_HR_VD2 = 2U₂₂

Uсрн =

I_CPH = = 0,636= 0,9

U _{обр max} = 2U_2max = 2

Выбор диодов

I_{пр доп} K_ЗI_{ср пр VD}

U_{обр доп обр max}

K_З = 1,3~1,5

В момент времени 0, , 2… происходит естественное запирание полупроводников. Эти моменты называются точками естественной коммутации.

1. фазная 2-полуперидная мостовая схема выпрямления

В однофазной мостовой схеме выпрямления (рис. 10.38) четыре диода образуют четыре плеча выпрямительного моста. Одну половину периода два диода в противолежащих плечах моста проводят ток i₁, а другие два диода заперты. Вторую половину периода два других диода проводят ток i₂, а первые два диода заперты (рис. 10.39, а). Для мосто­вой схемы справедливы все полученные выше соотношения для выпрямителя с нулевым выводом трансформатора. Ток нагрузки выпрям­ленный i_н = i₁ + i₂ (рис. 10.39, б), а ток источника i = i₁ - i₂ синусои­дальный (рис. 10.39, а).

[0;:

VD1, VD4 – откр.

VD2, VD3 - закр.

U_H = U_2; i_H = ; U_VD1 = i_HR_VD1 = 0

U_VD1 = U₂

[0; 2]:

VD2, VD3 – открыт.

VD1, VD4 – закрыт.

U_H = U_2; i_H = ; U_VD2 = i_HR_VD2 =0

U_VD1 = U₂

U_срн = = 0,636 U_2max = 0,9U₂

Iсрн = = 0,636= 0,1

Для выбора диодов

U_{обр max} = U_2max = U₂

I_{ср пр VD} = 0,5 I_ср.н

3 – фазная схема выпрямления с нулевым выводом

На рис 10.40 показана схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом трансформатора. В каждый данный момент времени ток проводит только тот диод, анод которого соединен с выводом той вторичной обмотки трехфазного трансформатора (a, b или с), напряже­ние на которой (u_a, u_b или u_с) положительное и наибольшее (рис. 10.41, а).

- точки естественной коммутации.

30° + 120° * n.

[]: VD1 – открытый; VD2, VD3 – закрытый.

;

[]: VD2 – открытый; VD1, VD3 – закрытый.

;

[]: VD3 – открытый; VD2, VD1 – закрытый.

;

* .

Трехфазная мостовая схема выпрямления

В трехфазной мостовой схеме выпрямителя нулевой вывод вторич­ной обмотки трехфазного трансформатора не нужен, поэтому его вторичные обмотки могут быть соединены как звездой, так и треугольни­ком или, если позволяют условия работы трехфазный трансформатор может вообще отсутствовать. При отсутствии трехфазного трансфор­матора выпрямитель подключается к трехфазному источнику, напри­мер, как показано на рис. 10.42. Половина диодов выпрямителя (VD₁, VD₃ и VD₅) образует группу, в которой соединены все катод­ные выводы, а у второй половины диодов (VD₂,, VD₄ и VD₆) соедине­ны все анодные выводы

- точки естественной коммутации.

30° + 60° * n.

[]:

VD1, VD4 – открытый;

VD2, VD3, VD5, VD6 – закрытый и т.д.

(каждый - треть периода)

* .

Из всех схем наилучшей является трехфазная мостовая, на выходе среднее значение напряжения наибольшее, пульсации – наименьшее.

Лекция 16. Сглаживающие фильтры

Назначение фильтра состоит в том, чтобы, пропуская на выход постоянную составляющую максимально ослабить переменную составляющую (пульсации).

Внешней характеристика выпрямителя с фильтром

Из внешней характеристики выпрямителя с емкостным фильтром видно, что эффект фильтра с ростом нагрузки уменьшается. Тогда, при больших токах сглаживание может быть достигнуто применением индуктивного фильтра.

Управляемые выпрямители

Управляемые выпрямители предназначены для преобразования переменного напряжения в пульсирующее в одной полярности с возможностью регулирования среднего значения выходного напряжения.

Система импульсно-фазового управления (СИФУ) подает на управляющий электрод тиристоров VS1-VS4 кратковременные импульсы у управления VS1-VS4, тем самым открывая их, сдвинув по фазе импульсы управления, изменяется время подключения нагрузки. Таким образом, придерживая на открывание тиристоры на время, соответствующее углу управления из напряжения, подаваемого в нагрузку, вырезается часть напряжения, соответствующая . Следовательно, напряжение на нагрузке уменьшается, угол отсчитывается от точки естественной коммутации и изменяется в пределах от 0° до 180°.

:

:

.

Выбор тиристора

Аналогично диоду (, ).