4. Выпрямители

4.1. Общие сведения из теории

Электроэнергия в промышленном производстве, электроснабжении и приборостроении используется разнообразными потребителями и установками. Соответственно, параметры электроэнергии, необходимые для ее эффективного применения в конкретных случаях, должны быть различны.

Силовые полупроводниковые преобразователи осуществляют преобразование электроэнергии трехфазного переменного тока стандартных напряжений от 0,4 кВ и выше частотой 50 Гц в электроэнергию с другими параметрами. Широкий круг задач, решаемых полупроводниковыми преобразовательными устройствами, определяет большое разнообразие их схемных и конструктивных исполнений.

По принципу действия силовые полупроводниковые преобразователи можно разделить на устройства без преобразования частоты и устройства с преобразованием частоты питающего напряжения. К устройствам первой группы относятся выпрямители, осуществляющие преобразование энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Силовые выпрямители находят применение в линиях электропередачи, в установках цветной и химической промышленности, дуговых и графитных печах, в регулируемых электроприводах, в приборостроении, в уст- ройствах электроснабжения и электрической тяги железнодорожного транспорта.

Основными элементами выпрямителей являются трансформатор и вентили, с помощью которых обеспечивается одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения и выделения постоянной составляющей к выходным зажимам выпрямителя подключают сглаживающий фильтр на L, С-элементах.

Схемы выпрямителей (рис. 4.1) классифицируются следующим образом:

– в зависимости от числа фаз питающей сети m₁ – выпрямители однофазного (m₁ = 1) и трёхфазного (m₁ = 3) тока;

– в зависимости от числа фаз вентильных обмоток преобразовательного трансформатора m₂ – однополупериодные (m₂ = 1), двухполупериодные (m₂ = 2), трёхфазные (m₂ = 3), шести- и двенадцатипульсные (m₂ = 6, m₂ = 12) схемы выпрямления;

– в зависимости от способа включения комплекта вентилей – однотактные (р = 1) и двухтактные (р = 2). В однотактных схемах (рис. 4.1, а, б, г) к вентильной обмотке преобразовательного трансформатора подключён один вентиль и поэтому вентильная обмотка нагружена током только во время одного полупериода переменного тока или его части; в двухтактных схемах (рис. 4.1, в, д) к вентильным обмоткам преобразовательного трансформатора подключены два вентиля: один анодом, а другой катодом и поэтому вентильная обмотка преобразовательного трансформатора нагружена во время обоих полупериодов переменного тока;

Рис. 4.1. Схемы выпрямителей: а – однополупериодная; б – однофазная двухполупериодная (со средней точкой); в – однофазная мостовая; г – трехфазная с нулевым выводом (схема Миткевича); д – трехфазная мостовая (схема Ларионова); е – двойной трехфазный выпрямитель, или каскадная схема

– сложные (составные) многофазные схемы выпрямления (рис. 4.1, е), которые представляют собой совокупность простых однотактных или двухтактных схем, соединённых по выходу параллельно или последовательно с таким расчётом, чтобы основные гармоники пульсаций простых выпрямительных схем взаимно компенсировались.

Признаком классификации могут быть также уровень выходной мощности (выпрямители маломощные (Р₀ £ 1 кВт), средней мощности (1 кВт £ Р₀ £ 10 кВт) и мощные (Р₀ > 10 кВт)), схемы соединения сетевых и вентильных обмоток преобразовательного трансформатора (звезда, треугольник, зигзаг), наличие уп­рав­ляемых вентилей (тиристоров, IGBT-транзисторов), тип фильтра и т. д.