9.2. Трёхфазные выпрямители. Электрические сглаживающие фильтры
На практике широко применяются выпрямители трёхфазного переменного тока. Рассмотрим однотактную схему выпрямления, приведённую на рис.9.6, в которой вторичные обмотки трансформатора соединены звездой. На схеме показано включение вольтметров для измерения фазного и линейного напряжений вторичных обмоток трансформатора.
Трёхфазный выпрямитель собран как сочетание трёх однофазных схем выпрямления. В каждый момент времени ток через нагрузку создаётся только одной фазой вторичной обмотки трансформатора, имеющей наибольший положительный потенциал относительно нулевой точки. За период каждая фаза вторичной обмотки трансформатора создаёт один импульс тока через нагрузку. График напряжения на нагрузке представлен на рис.9.7. Аналогичный вид имеет и график тока через нагрузку.
Рис.9.6. Схема трёхфазного выпрямителя с нулевым выводом трёхфазного трансформатора
Рис.9.7. Временные зависимости мгновенных напряжений фаз на нагрузке трёхфазного выпрямителя с нулевым выводом трёхфазного трансформатора
Для определения среднего значения напряжения (постоянной составляющей) выделем на графике участок, по времени равный (1/6)Т и вычислим для него среднее значение напряжения:
.
(9.8)
Аналогично
Амплитудное
значение выпрямленного напряжения
.
Обратное напряжение, действующее на каждый диод, равно амплитуде линейного напряжения вторичных обмоток трансформатора:
.
(9.9)
Коэффициент
пульсаций определяется по формуле
=0,25,
где цикл пульсаций m=3.
Тогда
переменная составляющая
,
а частота пульсаций
=150
герц.
Выпрямленное
напряжение, кроме постоянной составляющей
содержит переменную составляющую
(пульсацию). Пульсация увеличивает
потери мощности. Для сглаживания
пульсаций выпрямленного напряжения
применяются сглаживающие фильтры, в
качестве которых может быть использован
конденсатор, подключенный параллельно
к зажимам нагрузки выпрямителя; либо
дроссель, подключенный последовательно
нагрузочному сопротивлению выпрямителя.
На рис.9.8 изображены схемы сглаживающих
фильтров:
а) С-фильтр, б) RC-фильтр, в) L-фильтр, г) LC-фильтр.
Рис.9.8. Схемы сглаживающих фильтров
Коэффициенты
сглаживания пульсаций фильтров
определяются отношением переменных
составляющих на входе и выходе каждого
фильтра:
.
Коэффициент
сглаживания пульсаций C-фильтра
определяется по формуле:
,
где m
–
число циклов выпрямления;
,
где
-
частота сети;
- ёмкость
конденсатора,
- сопротивление нагрузки.
Коэффициент сглаживания пульсаций RC-фильтра определяется по формуле:
,
где
,
- сопротивление фильтра.
Коэффициент сглаживания пульсаций L-фильтра определяется по формуле:
,
где
- индуктивность дросселя.
Коэффициент
сглаживания пульсаций LС-фильтра
определяется по формуле:
,
где
-
коэффициент сглаживания пульсаций
L-фильтра;
- коэффициент сглаживания пульсаций
C-фильтра.
На рис.9.9 изображены графики, поясняющие принцип работы С – фильтра.
Рис.9.9. Временные диаграммы напряжений на нагрузке после двухполупериодного выпрямления и сглаживания С-фильтром
Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения использован конденсатор, подключенный параллельно к зажимам нагрузки выпрямителя. Пульсирующие напряжение (ток) имеют постоянную и переменную составляющие. В конденсаторе низкое сопротивление переменным составляющим тока. Переменные составляющие пульсирующего тока замыкаются через конденсатор, а постоянная составляющая заряжает конденсатор до определённого напряжения. При уменьшении напряжения импульса, напряжение конденсатора препятствует снижению напряжения на нагрузке, что сглаживает пульсации напряжения на нагрузке. Конденсатор разряжается на сопротивление нагрузки.