69

Зміст

1 – Випрямлячі 5

1.1 Призначення, основні складові частини. 5

1.2. Техніко-економічні показники випрямлячів 6

1.3. Класифікація випрямлячів 6

1.4 Основні розрахункові параметри 6

7

1.5. Деякі визначення 8

1.6. Тиристор у якості логічного ключа 10

1.7. Однофазний однонапівперіодний випрямляч 12

1.7.1. Робота однофазного однонапівперіодного випрямляча на активне навантаження. 12

1.7.2. Робота випрямляча на активно-індуктивне навантаження з кінцевою індуктивністю 17

1.7.3 Робота випрямляча на активно-ємкісне навантаження 21

1.8. Однофазний двонапівперіодний випрямляч з нульовим виводом 28

1.8.1. Робота однофазної нульової схеми на активне навантаження 28

1.8.2. Робота однофазної нульової схеми на активно-індуктивненавантаження з кінцевою індуктивністю 33

1.8.3. Робота однофазної нульової схеми на активно-індуктивне навантаження с нескінченою індуктивністю 40

1.8.4. Врахування етапу комутації в однофазній нульовій схемі 44

1.9 Однофазна мостова схема 47

1.9.1 Робота мостового однофазного випрямляча на активне навантаження 48

1.9.2 Робота мостового однофазного випрямляча на індуктивне навантаження 50

1.10. Трифазна схема з нульовим виводом 52

1.10.1. Робота на активне і активно - індуктивне навантаження 52

1.10.2. Розрахункові параметри трансформатора при Ld= 56

1.10.3 Робота трифазного випрямляча з нульовим виводом при різних кутах керування 58

1.11 Трифазний мостовий випрямляч 61

1.11.1 Режим: α=0; La=0; ra=0. 61

1.11.2 Режим: α>0; La=0; ra=0 та регулювальна характеристика випрямляча в такому режимі 64

Ввідна лекція

Сучасна промисловість – структура держави, яка постійно та динамічно розвивається. Постійно збільшується видобуток корисних копалин, руд чорних та кольорових металів, обсяги виплавки цих металів, виробництво хімічних речовин.

Енергоємне виробництво – це таке виробництво, яке при виготовленні кінцевого продукту споживає значну кількість енергетичних ресурсів.

До таких ресурсів також належить й електрична енергія. Як Вам напевне відомо, до підприємства вона надходить у вигляді трифазної напруги різних високих номіналів. А от для різних видів виробництв необхідні різні види напруги та струму. Наприклад:

• Для забезпечення проведення процесів електролізу необхідно використовувати струм величина якого сягає 100кА, напруга ж при цьому регулюється в межах 50-500В;

• Робота металургійної печі постійного струму забезпечується постійним струмом 40-80кА та напругою від 110 до 1000В;

• Металургійна індукційна піч – змінний струм частотою 500-3000 Гц, потужність якого може складати 50МВА та більше.

Таким чином можна зробити висновок, що є зараз і з кожним днем збільшується насущна потреба в пристроях, що перетворюють без істотних втрат електричну енергію стандартної частоти, володіють необхідною швидкодією і що забезпечують при необхідності регулювання заданих величин ( струму, напруги, потужності, частоти).

Перетворювач - пристрій, що перетворює електричну енергію з одними параметрами в електричну енергію з іншими параметрами, як регульованими так і нерегульованими.

Раніше для цієї мети застосовувалися:

1). Агрегати «Генератор – двигун».

Недоліки: великі втрати і інерційність, що пов'язане з проміжним перетворенням електричної енергії в механічну.

2). Традиційні іонні вентилі класичної великострумової електроніки (ртутні вентилі, тиратрони, ігнітрони, екзітрони ).

Недоліки: громіздкість, велике падіння напруги на вентилі (до 24 В), працездатність в обмеженому температурному діапазоні (20-55*С), складність реалізації великих схем, крихкість, значний час відновлення замикаючих властивостей.

3). Магнітні підсилювачі.

Недоліки: високі масо-габаритні показники, інерційність, втрати холостого ходу.

Створення в кінці 40-х – початку 50-х років напівпровідникових тріодів (транзисторів) і в 50-х роках силових напівпровідникових вентилів ознаменувало революцію в силовій електроніці і перетворювальній техніці.

Об'єми перетворювальних установок скоротилися в 3 – 7 разів, зменшилися втрати потужності, оскільки падіння напруги на напівпровідниковому вентилі не перевищує 1-2В. Коефіцієнт корисної дії може досягати значень більших, ніж 98%. Забезпечується висока швидкодія, довговічність, надійність.

Можливість вибору силових напівпровідникових приладів на різні номінальні струми і напругу в комбінації з різними охолоджувачами, можливість паралельного і послідовного з'єднання приладів дозволяє розробляти серії перетворювачів в широкому діапазоні потужності, що є визначним фактором, який обумовлює використання їх у перетворювачах енергоємних виробництв.

Напівпровідникові вентилі, діністори і тиристори, дозволили створити класи схем, нездійсненних за допомогою інших пристроїв.

Сучасний стан перетворювальної техніки забезпечує перетворення енергії з малими втратами при будь-яких поєднаннях частоти і напруги в первинній мережі U1, f1 і в активній або пасивній вторинній мережі U2, f2.

1 – Випрямлячі

1.1 Призначення, основні складові частини.

Випрямляч – це пристрій, що перетворює змінний струм в постійний.

Випрямлячі з напівпровідниковими керованими вентилями (тиристорами) окрім випрямляння можуть забезпечувати регулювання випрямленої напруги в широких межах.

Випрямляч можна представити у вигляді структурної схеми:

1 – силовий перетворювальний трансформатор (СТ);

2 – вентильний блок (ВБ);

3 – фільтр (Ф);

4 – навантаження (Н);

5 – система керування і регулювання (СКР).

- СТ служить для узгодження вхідної і вихідної напруги випрямляча. Можливі різні з'єднання обмоток трансформатора відповідно до різних схем випрямляння. Напругу вторинної обмотки трансформатора визначає значення випрямленої напруги в некерованому режимі. Трансформатор електрично розділяє живлячий ланцюг і мережу навантаження. Його наявність необов'язкова – ВБ може приєднуватися безпосередньо до мережі.

- ВБ випрямляє змінний струм, підключаючи в кожну дану частину періоду вторинну напругу трансформатора до ланцюга навантаження. Співвідношення між напругою і струмами на стороні мережі змінного струму і навантаження визначається схемою випрямляння.

- Ф - фільтр забезпечує необхідний рівень гармонік у випрямлених напрузі і струмі. Як фільтруючі пристрої використовуються дроселі, що вмикаються послідовно, і конденсатори, що вмикаються паралельно. Окрім основних складових частин потужний випрямляч може мати спеціальні пристрої для компенсації реактивної потужності.

1.2. Техніко-економічні показники випрямлячів

До основних показників, що визначають доцільність використання конкретної схеми випрямляння, відносяться: вартість, ККД, маса і розміри (залежать, в основному, від кількості і параметрів вентилів і від потужності трансформаторного устаткування), гармонійний склад кривої випрямленої напруги, гармонійний склад струму первинної обмотки трансформатора, коефіцієнт потужності.

1.3. Класифікація випрямлячів

За вихідною потужністю: малої (одиниці кВт), середньої (десятки кВт) і великої (сотні та тисячі кВт). Такий розподіл носить умовний характер.

За числом фаз джерела живлення: однофазного і трифазного струму.

Залежно від схеми викання вентилів і схеми з'єднання обмоток трансформатора: одно- та двохтактні.

• Однотактні – у яких по вторинних обмотках трансформатора струм іде в одному напрямі.

• Двохтактні – (мостові) вторинний струм трансформатора протягом періоду міняє напрям. У однотактних схемах відношення частоти пульсації випрямленої напруги до частоти мережі (кратність пульсації) рівне числу фаз вторинної обмотки трансформатора, в двохтактних – удвічі більше.

По регулюванню: некеровані і керовані.

1.4 Основні розрахункові параметри

Основними величинами, які характеризують експлуатаційні властивості випрямлячів, є:

• Середнє значення випрямленої напруги й струму U_d и I_d ;

• Коефіцієнт корисної дії ККД;

• Коефіцієнт потужності К_р

;

• Зовнішня характеристика – залежність випрямленої напруги від струму навантаження U_d=f(I_d);

• Регулювальна характеристика – залежність випрямленої напруги від кута регулювання U_d=f( α );

• Коефіцієнт пульсацій – співвідношення між діючим значенням гармонійних складових випрямленої напруги та струму та середнього значення випрямленої напруги та струму:

• Коефіцієнт спотворення, який дорівнює співвідношенню діючого значення основної гармоніки струму та діючого значення повного струму первинної обмотки трансформатора

Параметри окремих елементів випрямляча визначаються завданими умовами роботи споживача постійного струму та ймовірними аномальними режимами його роботи (аваріями).

Основне завдання розрахунку випрямних пристроїв зводиться до визначення співвідношень, що дозволяють по заданому режиму роботи споживача знайти електричні параметри вентилів і трансформатора випрямляча, а також параметри фільтруючих, стабілізуючих і регулюючих пристроїв, і потім вибрати ці пристрої по каталогу або, при необхідності, розрахувати їх.

Параметри, що характеризують роботу вентилів:

• середні I_TAV , діючі I_TRMS й максимальні I_TM значення струму, який проходить через вентиль при номінальному навантаженні та імовірних перевантаженнях;

• U_RM -максимальне значення зворотної напруги на вентилі у непровідну частину періоду;

• U_DM - максимальне значення прямої напруги на вентилі (у випадку використання керованих вентилів).

Параметри силового трансформатора:

• діюче значення напруги і струму вторинної (вентильної) обмотки трансформатора U₂ і I₂;

• діюче значення струму первинної обмотки трансформатора I₁;

• потужності кожної з обмоток S₁ і S₂ і повна розрахункова (типова) потужність трансформатора S_T.

• - коефіцієнт трансформації