3.3 Основы теории работы выпрямительных устройств

3.3.1 Работа выпрямителя на активную нагрузку

Работу выпрямителя рассмотрим на примере трехфазной однотактной схемы.

Рисунок 24. Схема трехфазного однотактного выпрямителя

Рисунок 25. Осциллограммы к рисунку 24

Считаем, что вентили и трансформатор идеальны. Пусть

. ЭДС других фаз сдвинуты на угол имеют ту же форму.

Число фаз вторичной обмотки. Фазы работают поочередно в течение

времени, соответствующего электрическому углу ,

когда ее ЭДС является положительной и превышает мгновенные значения

ЭДС других фаз. Т.к. схема симметрична. Ток в фазе повторяет форму ЭДС,

т.к. нагрузка активная

Ток в сопротивлении нагрузки , а напряжение и имеет ту же форму.

Выпрямленное напряжение периодично и может быть представлено рядом Фурье. Определим полезный эффект выпрямления – постоянную составляющую

Э то соотношение позволяет определить величину , необходимую для получения заданного U0.

Среднее значение выпрямленного тока .

Определим переменную составляющую Q-ой гармоники

Введем понятие коэффициента пульсаций как отношение амплитуды q-ой гармоники к постоянной составляющей

Д ля рассматриваемого выпрямителя без потерь

В основном имеют в виду первую гармонику, как наиболее мощную и вредную

Д ля однофазной схемы этот вывод не годится. Для нее при q=1 .

Под обратным напряжением понимают

Для однофазной схемы

Рабочие свойства выпрямителя характеризуются зависимостью выходного напряжения от тока нагрузки , называемой внешней характеристикой.

Рисунок 26. Типовая внешняя характеристика выпрямителя

3.3.2 Работа выпрямителя на индуктивную нагрузку

Для уменьшения переменной составляющей последовательно с активным сопротивлением нагрузки включают индуктивность (рис. 27).

Рисунок 27. Схема выпрямителя с индуктивным фильтром.

Индуктивное сопротивление дросселя должно быть много больше r. Рассмотрим работу выпрямителя при . В этом случае ток через нагрузку в установившемся режиме будет постоянным, т.к. любое конечное изменение тока iн связано с накоплением энергии , что невозможно. В выпрямителе без потерь в каждый момент времени работает только одна фаза, поэтому ток в в каждой фазе имеет вид прямоугольного

и мпульса высотой (рис. 28)

Рисунок 28. Осциллограммы к рисунку 27

Н апряжение на выходе Uв по форме совпадает с огибающей фаз вторичной фазной обмотки, но оно распределяется между rн и L . Постоянная составляющая делится пропорционально rп и rL. Если (дроссель без потерь), то .

П еременная составляющая делится пропорционально rн и , и при

вся приложена к дросселю. Если L велика, но конечна, то iн и в фазах изменяются около I0 на небольшую величину. Это обычно не учитывается, за исключением расчета фильтра (коэффициент пульсаций). Форма и величина выпрямленного напряжения та же, что и при активной нагрузке, но при активной нагрузке Uн = Uв, а в случае индуктивной нагрузки – нет. Это обстоятельство позволяет использовать расчетные соотношения, полученные в случае активной нагрузки, но коэффициент пульсаций на нагрузке будет много меньше.

3.3.3 Работа выпрямителя на емкостную нагрузку

Рисунок 29. Выпрямитель с емкостным фильтром

Рисунок 30 Осциллограммы к рисунку 29

Е мкость выбирается настолько большой, чтобы ее сопротивление для первой гармоники пульсаций было на порядок меньше, чем сопротивление нагрузки. При рассмотрении работы удобно считать . Такой конденсатор держит на обкладках т.к. любое изменение напряжения вызовет бесконечно большое изменение энергии электрического поля . .

Ф азные токи будут протекать только тогда, когда , поэтому время протекания тока меньше , т.е. угол отсечки меньше 90 град. Работа на емкостную нагрузку встречается, как правило, в маломощных выпрямителях, поэтому индуктивность рассеяния и не учитывается.

В пределах двух углов отсечки, т.е. это отрезок косинусоиды. при ωt=0, тогда .

В ыпрямленный ток – сумма импульсов в фазных обмотках – разделяется на два пути: переменная составляющая течет через , постоянная – через сопротивление нагрузки. При конечной величине в сопротивлении нагрузки появляются пульсации.