Параметры ВС при работе на активной нагрузке

1) U₁I₁; U₂I₂ – действительные значения напряжения и тока первичной и вторичной обмоток силового трансформатора.

2) U₀,I₀ – постоянная составляющая.

3) Напряжение на нагрузке u описывается рядом Фурье:

 

 

где ,

p=1, 2 – число полупериодов,

q=1, 2, 3, 6 – число фазовых обмоток трансформатора.

 

4) Коэффициент пульсации, равный отношению значения i-ой гармоники на постоянную составляющую: . Так как по высшим гармоникам коэффициент пульсации меньше, то на практике его считают только по первой гармонике:

 

.

 

5) Обратное напряжение U_обр – максимальное напряжение, возникающее на вентиле в процессе работы.

 

6) Коэффициент использования трансформатора:

 

, , ,

 

где , а .

 

 

Схема однофазного однополупериодного выпрямления

 

 

Определим закон изменения тока в первичной обмотке силового трансформатора. Для этого составим уравнение Кирхгофа (для первичной обмотки):

 

,

где r₁ – активная составляющая сопротивления первичной обмотки,

W₁ – число витков в первичной обмотке трансформатора,

Ф – магнитный поток в сердечнике силового трансформатора.

 

Преобразуем данное выражение:

 

,

 

а потом проинтегрируем его:

 

,

 

, , т.к. магнитный поток Ф у трансформатора не зависит от величины нагрузки.

 

Тогда, чтобы уравнение выполнялось . Из чего следует, что постоянная составляющая в трансформаторе не передается из вторичной обмотки в первичную.

Построим график изменения тока первичной обмотки силового трансформатора, считая, что коэффициент трансформации n=1, а токи первичной и вторичной обмотки будут в противофазе.

 

Тогда .

 

 

, (коэффициент пульсации),

 

, .

 

Данная схема обладает высокой пульсацией, малым коэффициентом использования силового трансформатора. За счет постоянной составляющей происходит подмагничивание сердечника, поэтому данная схема применяется очень редко, только в высоковольтных схемах, где диоды имеют высокую стоимость.

 

Мостовая схема двухполупериодного выпрямления однофазного тока

, , ,

 

Напряжение , т.к. оно подключено к двум вентилям.

Данная схема получила наибольшее распространение.

 

 

Схема однополупериодного выпрямления трехфазного тока

В течение 1/3 периода работает всегда одна фаза, та у которой на фазовом зажиме будет наибольший потенциал по отношению к нулевой точке. Для выделенной третьей части периода работает одна фаза и ток протекает по цепи.

Определим постоянную составляющую:

 

, ,

 

(напряжение между линейными проводами),

 

,

 

Схема двухполупериодного выпрямления трехфазного тока

Для любой шестой части периода работают две фазы, те у которых между фазными зажимами наибольшая разница потенциалов.

 

, , ,

 

, .

 

Данная схема обладает наименьшей пульсацией, высоким коэффициентом трансформации и поэтому она получила наибольшее распространение в трехфазных выпрямителях.

 

Сглаживающие фильтры

 

Основной параметр сглаживающих фильтров – коэффициент сглаживания:

 

,

 

где - коэффициент пульсации на выходе выпрямительной схемы при ее нагрузке на активном сопротивлении;

- коэффициент пульсации на реальной нагрузке при наличии фильтра.

 

Сглаживающие фильтры бывают одноэлементные (L или С), двухэлементные (Г-образные, LC- и RC- фильтры), фильтры с резонансными контурами. Все эти фильтры – пассивные. Применяют также и активные транзисторные фильтры.

 

 

Индуктивный фильтр

Составим схему замещения:

Для данной схемы можно применить принцип суперпозиции, т.е. независимость действия каждого источника.

Определим коэффициент пульсации, исходя из параметров этой схемы:

 

, .

 

Найдем значения и :

 

, .

 

Подставим эти значения в :

 

,

 

тогда

 

 

Для индуктивных фильтров и ,

 

тогда .

Коэффициент сглаживания зависит от величины нагрузки, что является недостатком индуктивного фильтра. Коэффициент сглаживания будет высоким при малом сопротивлении , поэтому индуктивные фильтры применяются при больших токах нагрузки. При отключении нагрузки или резком ее изменении возникает перенапряжение в схеме.

 

Емкостной фильтр

 

Емкостной фильтр представляет из себя емкость, включенную параллельно нагрузке.

, , ,

 

определяется из временной диаграммы напряжения на конденсаторе. Для этого будем считать:

 

.

 

Определим , используя зависимость между напряжением и током конденсатора:

 

,

 

тогда .

 

зависит от . Чем больше , тем больше коэффициент сглаживания, поэтому емкостные фильтры применяются при малых токах нагрузки.

 

Г- образный LC- фильтр

 

, , ,

 

, , .

Найдем и .

 

Т.к. , , , тогда:

.

 

Коэффициент сглаживания не зависит от сопротивления нагрузки , а только лишь от индуктивности L и емкости С фильтра. Практически, при расчете параметров LC- фильтров после определенного произведения L на С, необходимо проверить отсутствие в контуре резонансных явлений. Для этого необходимо, чтобы собственная резонансная частота фильтра была в два раза меньше частоты первой гармоники.

 

Г- образный RC- фильтр

.

 

не зависит от величины нагрузки. Данный фильтр, по сравнению с LC- фильтром, наиболее простой и дешевый. А его основным недостатком является рассеивание постоянной составляющей тока на сопротивлении фильтра .