3.2. Установки для получения высоких постоянных напряжений

Постоянное напряжение часто используют для испытаний конденсаторов, кабелей, вращающихся машин.

Для получения высоких напряжений постоянного тока исполь­зуются различные выпрямительные установки. Все схемы выпрямления классифицируются по следующим признакам:

1. по форме выпрямленного напряжения — одно- и двухполу-периодные схемы;

2. по схеме соединения выпрямителей — мостовая схема, последовательно-параллельные схемы;

3. по числу фаз — одно-, двух- и трехфазные схемы;

4. схемы умножения напряжения.

Однополупериодная схема выпрямления приведена на рис. 3.3.

Выпрямление напряжения без фильтра по схеме рис. 3.3, а да­ет большую глубину пульсаций выпрямленного напряжения (рис. 3.3, в). Наличие фильтра (рис. 3.3, б) уменьшает глубину пульсаций (рис. 3.3, г) за счет подпитки от конденсатора С_ф в течение времени от­рицательного полупериода, когда выпрямитель V закрыт.

Рис. 3.3. Схема выпрямления однополупериодная: а), в) — без фильт­ра; б), г) — с фильтром; Т — высоковольтный трансформатор; V — выпрямитель; R_h — сопротивление нагрузки; С_ф — емкость фильтра

Двухполупериодная мостовая схема выпрямления приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Мостовая схема выпрямления: а), в) без фильтра, б), г) с

фильтром

Четыре выпрямителя образуют мост, в одну диагональ которо­го включается нагрузка R_H, а к другой диагонали подключается транс­форматор. При "+" полупериоде открыты выпрямители V₁ и V₃, а при "-" полупериоде — V₂ и V₄. Следовательно, через нагрузку протекает ток в одном направлении в течение всего периода переменного тока (рис. 3.4, а, в). Это основное достоинство двухполупериодной схемы выпрямле­ния. Фильтр С_ф уменьшает глубину пульсаций выпрямленного напря­жения (рис. 3.4, б, г).

Включение однофазных схем выпрямления приводит к пере­косу фаз в 3-х фазной сети. Для исключения этого явления используют 3-х фазные схемы выпрямления (рис 3.5, а). Кроме этого уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения (рис. 3.5, б), особенно с приме­нением фильтра Сф.

Рис. 3.5. Трехфазная однополупериодная схема выпрямления

Высокие выпрямленные напряжения удобно получать с помо­щью схем умножения выпрямленного напряжения. Различают:

1. схемы удвоения;

2. схемы утроения;

3. каскадные схемы умножения напряжения.

Простейшая однополупериодная схема удвоения напряжения приведена на рис. 3.6, а.

В один полупериод (положительный) выпрямитель пропускает ток. Емкость С заряжается до U_m: обкладки имеют полярность "+" и

Во втором полупериоде, когда сменилась полярность концов обмотки трансформатора, напряжение трансформатора "+" суммируется с на­пряжением на конденсаторе На нагрузке получается пульсирующее выпрямленное напряжение, изменяющееся от нуля до 2U_m (рис. 3.6, б).

Рис. 3.6. Однополупериодная схема удвоения (а) и осциллограмма напряжения на нагрузке (б): 1 — фазное переменное напряжение; 2 — удвоенное выпрямленное напряжение

Выпрямитель оказывается также под двойным напряжением

3.2.1. Каскадный генератор постоянного тока

Получение высоких напряжений постоянного тока в сотни и тысячи киловольт возможно с помощью схем выпрямления и умножения выпрямленных высоких напряжений (каскадный генератор).

Схема каскадного генератора постоянного тока состоит из схем удвоения напряжения, соединенных в многократной последова­тельности. Напряжение на выходе каскадного генератора равно:

где n — число ступеней (схем удвоения) в каскаде; U_m — амплитудное значение питающего трансформатора.