книги из ГПНТБ / Богомолов А.М. Судовая полупроводниковая электроника

силу этих недостатков такая схема находит лишь ограни­ ченное применение, в основном в маломощных цепях управления.

§ 2. Двухполупериодная однофазная схема выпрямления

Двухполупериодная схема выпрямления однофазного тока изображена на рис. 75, а. Она состоит из двух однополупериодных схем, работающих на общую нагрузку. Во время положительной полуволны напряжения вто­ ричной обмотки (полярность напряжения соответствует указанной на рис. 75, а) проводит ток диод Д и диод Д 2 при этом находится в запертом состоянии. Во время от­ рицательной полуволны напряжения (полярность указа­ на в скобках) проводит ток диод Д 2, диод Д\ при этом заперт. В обоих случаях к нагрузке приложено напря­ жение, равное напряжению одной из вторичных обмоток трансформатора, причем полярность напряжения, при­ ложенного к нагрузке, одинакова в оба полупериода.

Существенной особенностью данной схемы является то, что напряжение на запертом диоде равно сумме нап­ ряжений обеих вторичных обмоток. В этом можно убе­ диться, рассматривая контур схемы выпрямителя, вклю­ чающий в себя две вторичные обмотки трансформатора и два включенных диода. В любой из полупериодов пер­ вичного напряжения один из диодов будет открыт и к за­ крытому диоду будет приложена сумма всех ЭДС, со­ держащихся в рассматриваемом контуре.

Графики электрических процессов в схеме приведены на рис. 75, б, в, г, д, е, ж.

Анализируя представленные графики, можно полу­ чить расчетные соотношения для данной схемы. Постоян­ ная составляющая выпрямленного напряжения в соот­ ветствии с рис. 75, в определяется как

(176)

191

Сравнивая кривые рис. 75, виг , можно убедиться, что

Установленная мощность трансформатора

Несмотря на то что по сравнению с однополупериодной схемой схема выпрямителя со средней точкой имеет несколько улучшенные параметры (меньшая пульсация выходного напряжения, лучшее использование трансфор­ матора), в полупроводниковой технике она используется редко, в основном из-за повышенного обратного напря­ жения на диодах.

§ 3. Мостовая однофазная схема выпрямления

Мостовая однофазная схема выпрямления приведена на рис. 76, а. Из четырех диодов, составляющих схему, каждый полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора два диода открыты и два закрыты. В положительный полупериод открыты диоды и Д 3, дио­ ды Д2 и Д а заперты. В цепи протекает ток в направле­ нии, указанном сплошной стрелкой. В отрицательный полупериод открыты диоды Д 2 и Д а, диоды Д ги Д3 за­ крыты. Ток в цепи протекает в направлении, указанном пунктирной стрелкой. Таким образом, в цепи нагрузки ток течет в одном направлении во время обоих полупериодов питающего напряжения.

Рис. 76. Мостовая одно­ фазная схема:

а — схема выпрямителя; б — форма питающего напряжения; в — форма выпрямленного на­ пряжения и тока; г — форма потребляемого тока; д — фор­

ма напряжения на диоде

Форма кривой напряжения на нагрузке, а также кри­ вых тока в нагрузке и вентилях совпадает с аналогичны­ ми кривыми для двухполупериодной схемы со средней точкой. Важной особенностью мостовой схемы является то, что напряжение на закрытом диоде равно ЭДС вто­

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определяется:

194

У с т а н о в л е н н а я м о щ н о с т ь т р а н с ф о р м а т о р а с о с т а в л я е т :

Существенными достоинствами мостовой схемы вы­ прямления являются сравнительно малое обратное нап­ ряжение на закрытых вентилях и хорошее использование трансформатора. Поэтому полупроводниковые выпря­ мители с однофазным питанием чаще всего выполняют­ ся именно по мостовой однофазной схеме.

§ 4. Трехфазная схема выпрямления со средней точкой

Простейшая трехфазная схема выпрямления, так на­ зываемая схема со средней точкой, представлена на рис. 77, а. В этой схеме выпрямительные диоды включе­ ны последовательно со вторичными обмотками трехфаз­ ного трансформатора, соединенными «звездой». Нагруз­ ка включается между нулевым выводом трансформато­ ра и общей точкой выпрямительных вентилей. В любой момент в этой схеме может быть открыт лишь один вен­ тиль, а именно тот, у которого анодное напряжение име­ ет наибольшее положительное значение. Напряжение на нагрузке в любой момент времени равно фазному на­

Напряжение на закрытых диодах в этой схеме равно разности ЭДС двух вторичных обмоток трансформато­ ра — обмотки, подключенной к открытому диоду, и об­ мотки, соединенной с диодом, на котором определяется

195

Существенным недостатком трехфазной схемы вы­ прямления со средней точкой является подмагничивание трансформатора постоянной составляющей тока вторич­ ных обмоток, что значительно ухудшает использование трансформатора. Поэтому в полупроводниковых выпря­ мителях схема со средней точкой применяется редко.

§ 5. Мостовая трехфазная схема выпрямления (схема Ларионова)

Эта схема выпрямления изображена на рис. 78, а. Она включает в себя шесть вентилей, объединенных в две группы. Вентили, соединенные анодами, образуют анодную группу, вентили, соединенные катодами, —

196

Рис. 78. Схема Ларионова:

а — схема выпрямителя; б, в, г, д, е — формы напряжений и токов схемы

катодную группу. В любой момент в схеме могут быть

тиль, анод которого имеет наибольший положительный потенциал, в анодной группе работает вентиль с наиболь­ шим отрицательным потенциалом катода.

Путь протекания тока в схеме для одного из момен­ тов времени (ti) показан на рис. 78, а пунктирными стрелками. В мостовой схеме к нагрузке прикладывается линейное напряжение трехфазной сети, питающей выпря­ митель. Благодаря частой коммутации вентилей выход­ ное напряжение имеет небольшую пульсацию и по вели­ чине близко к амплитудному значению напряжения сети.

Амплитуда обратного напряжения на вентиле так же, как и в схеме со средней точкой, равна амплитуде ли­ нейной ЭДС:

Средний ток через вентиль втрое меньше тока нагруз­

ки:

К преимуществам схемы Ларионова относится боль­ шая величина и малая пульсация выходного напряже­ ния, отсутствие подмагничивания входного трансформа­ тора, возможность бестрансформаторного включения.

Благодаря этим преимуществам мостовая трехфаз­ ная схема применяется в силовых полупроводниковых выпрямителях с трехфазным питанием наиболее часто.

198

§ 6. Сглаживающие фильтры

Рассматривая работу различных выпрямительных схем, можно убедиться, что они дают на выходе, строго говоря, не постоянное, а пульсирующее напряжение. Ве­ личина пульсаций зависит от типа выпрямительной схе­ мы, однако, в принципе, пульсации присущи всем схемам. Для количественной оценки этого явления вводят поня­ тие «коэффициент пульсаций», который определяют как отношение амплитуды первой гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения:

Для однофазной однополупериодной схемы <7= 1,57. Для остальных рассмотренных схем выпрямления коэф­ фициент пульсаций вычисляют по формуле:

где т — число фаз выпрямления.

Пульсации выпрямленного напряжения вредно ска­ зываются на большинстве потребителей, поэтому для устранения пульсаций применяют сглаживающие фильт­ ры. Основные схемы сглаживающих фильтров приведе­ ны на рис. 79. Эффективность сглаживающего действия всех приведенных схем фильтра, кроме емкостного, оце­ нивают с помощью коэффициента сглаживания фильтра •S, который определяют как отношение коэффициентов пульсаций напряжения на выходе и входе фильтра:

где q\ — коэффициент пульсаций на входе фильтра,

— коэффициент пульсаций на выходе фильтра. Емкостный фильтр применяют в маломощных выпря­

мительных схемах с большим сопротивлением нагрузки. В зависимости от типа выпрямительной схемы, с кото­ рой работает фильтр, величину емкости фильтра опреде­ ляют по следующим формулам:

199

Рис. 79. Схемы сглаживающих фильтров выпрямителей:

а емкостный фильтр; б — индуктивный фильтр; в — индуктивно­ емкостный Г-образный фильтр; г — резистивно-емкостный Г-образкый фильтр; д — индуктивно-емкостный П-образный фильтр

для однополупериодной схемы

С - 2

«qRd

для двухполупериодной схемы

С= — ------

2vqRd

Вэтих формулах R d — сопротивление нагрузки;

со — частота питающей сети;

q— допустимый коэффициент пуль­ саций на нагрузке.

Индуктивный фильтр используют, в основном, в сило­ вых выпрямителях, рассчитанных на большие токи и ма­ лые сопротивления нагрузки.

Индуктивность дросселя фильтра определяют по фор­ муле:

L = S * L t 2izmf

где т — число фаз выпрямления.

200