Выходное напряжение выпрямителей

Управляемые выпрямители строятся по принципу фазового управления, суть которого заключается в том, что из выходного напряжения неуправляемого выпрямителя вырезаются участки синусоиды. Фазовый способ управления делится на три вида:

- фазозапаздывающий – регулирование выходного напряжения осуществляется путем задержки момента включения связи между сетью и нагрузкой по сравнению с неуправляемым выпрямителем (α – угол управления), а момент прекращения связи является функцией схемы и нагрузки (рис. 6, б);

- фазоопережающий (рис. 6, в);

- фазоизбирательный – любой из фрагментов синусоиды может быть вырезан.

Доминирующим является фазозапаздывающий метод, так как он логически соответствует режиму работы силового ключа тиристора, который открывается системой управления, а закрывается нулем тока, что определяется видом схемы и типом нагрузки.

67. Характеристики и параметры полупроводниковых преобразователей

К основным характеристикам преобразователей относятся:

- коэффициент схемы – соотношение выходной и входной величин в нерегулируемых преобразователях;

- регулировочная характеристика – зависимость выходной величины от управляющей координаты. для управляемых выпрямителей;

- внешняя характеристика – зависимость выходного напряжения от выходного тока или наоборот;

- гармонический состав выходной координаты;

- гармонический состав тока, потребляемого от сети;

- коэффициент полезного действия (кпд);

- коэффициент мощности (cosφ).

К основным параметрам преобразователей относятся следующие.

- мощность – нужна для выбора трансформатора или сети питания;

- средний ток через вентиль;

- максимальное обратное напряжение на вентиле;

- частота переключения вентиля;

- частота пульсации на выходе – нужна для выбора фильтра.

Основные понятия, используемые в преобразовательной технике, приведены ниже.

Вентиль (ключ) – полупроводниковый прибор, проводящий ток в одном направлении при приложении к нему прямого напряжения.

Управляемый вентиль – полупроводниковый прибор, проводящий ток в одном направлении при приложении к нему прямого напряжения и при наличии сигналов управления.

Фазность схемы – по входу определяется числом фаз питания сети, по выходу числом фаз в нагрузке.

Реверсивность схемы – способность пропускать энергию в двух направлениях от сети к нагрузке и от нагрузки к сети (возможно двунаправленное протекание тока).

Период работы схемы – интервал повторяемости работы схемы между сетью и нагрузкой. В схемах с входом по переменному току определяются периодом сети, с входом по постоянному току определяется системой управления.

Тактность схемы – количество соединений одной фазы сети с одной фазой нагрузки за период работы схемы.

Эквивалентное число фаз схемы (m₂) – число интервалов повторяемости напряжения на нагрузке за один период работы схемы.

68. Однофазный мостовой неуправляемый выпрямитель

В схему выпрямителя (рис. 17, а) входят силовой трансформатор с одной вторичной обмоткой и выпрямительный мост из четырех диодов VD₁-VD₄. Принцип действия выпрямителя рассмотрим, приняв нагрузку выпрямителя чисто активной.

Выходное напряжение u_d при чисто активной нагрузке имеет вид однополярных полуволн напряжения u₂ (рис. 17, в). Это получается в результате поочередного отпирания ди­одов VD₁, VD₂ и VD₃, VD₄.

Однофазный мостовой выпрямитель

Рис. 17. Схема однофазного мостового выпрямителя (а)

и его временные диаграммы (б-ж)

Диоды VD₁, VD₂ открыты на интер­вале при полуволне напря­жения u₂ положительной полярности (показана на рис. 17, а без скобок), создаваемого под действием напряже­ния и₁ (рис. 17, б, в). Открытые диоды VD₁, VD₂ обеспечивают связь вторичной обмотки трансформатора с нагрузкой, создавая на ней напряже­ние и_d той же величины и полярнос­ти, что и напряжение u₂ (рис. 17, в). При наличии полуволны напря­жения u₁ отрицательной полярности на интервале полярность напряжения u₂ обратная. Под ее воз­действием открыты диоды VD₃, VD₄, под­ключающие напряжение u₂ к нагруз­ке с той же полярностью, что и на предыдущем интервале (рис. 17, а, в). Ввиду идентичности кривых u_d для выпрямителей (мостового и с выводом нулевой точки трансформа­тора) для схемы рис. 17, а дейст­вительны соотношения (19), (20) между выпрямленным напряжением U_d и действующим значением на­пряжения U₂ и соотношения (22)-(24), характеризующие гармониче­ский состав и коэффициент пульса­ции выходного напряжения. Все параметры схемы сведены в таблицу 3. Подробный расчет приведен в [1, 2].

Поскольку ток I_d = U_d/R_H (рис. 17, г) распределяется поровну меж­ду парами диодов (рис. 17, д, e)

Обратное напряжение приклады­вается одновременно к двум непроводящим диодам на интервале про­водимости двух других диодов. При этом оно создаётся напряжением вторичной обмотки трансформатора u₂. Кривая u_b для диодов VD₁ VD₂ показана на рис. 17, ж. Мак­симальное обратное напряжение определяется амплитудным значением напряжения u₂ (табл. 3), т. е. оно вдвое меньше, чем в схеме с выводом нулевой точки.

В рассматриваемой схеме параметры первичной обмотки I₁ , U₁ связаны соответственно с параметрами вторичной об­мотки I₂ , U₂ коэффициентом трансформации n. В соответствии с этим расчетные мощности обмоток получаются одинаковыми и мощность трансформатора S_T=1,23P_d (табл. 3).

Преимуществами мостовой схемы выпрямителя являются более простой трансформатор, содержащий только одну вторичную обмотку, и меньшее обратное напряжение (при данном напряжении U_d), на которое следует выбирать диоды. Указанные преимущества компенсируют недостаток схемы, заключающийся в большем числе диодов. Поэтому мостовая схема нашла преобладающее применение в выпрямителях однофазного тока небольшой и средней мощности.