Т рехфазный мостовой управляемый выпрямитель (ув).

Трехфазный УВ. Схема и характеристики:

j_к − характер изменения потенциалов объединенных катодов; j_m − потенциал анодов.

Угол a отсчитывается от точек естественного включения тиристоров (1, 3, 5 для катодной группы; 2, 4, 6 для анодной группы). В многофазных УВ напряжение нагрузки в зависимости от угла a может быть непрерывным или прерывистым. Для рассмотренного УВ U_H становится прерывистым при a 60°. При a = 120° U_H.ср = 0. при ;

при , где при

В мостовой схеме всегда работают два вентеля разных фаз, поэтому ширина управляющих импульсов не должна быть меньше 60°, иначе не будет одновременного включения двух вентелей разных групп. Можно использовать 3 тиристора (например, катодная группа) и 3 диода.

Выпрямители для возбуждения синхронных генераторов. В современных турбогенераторах (ТГ) мощностью 200−800 МВт обмотки возбуждения (ОВ) питаются не от ГПТ, а от генераторов переменного тока частотой f = 500 Гц, выпрямляемого неуправляе-мым или управ­ляемым выпрямителем. На мощности ТГ до 500 МВт применяют неуправ­ляемые выпрямители, выполненные по трехфазной мостовой схеме. Кон­структивно выпрямитель выполнен в шкафу, используется воздушно-водяное охлаждение с замкнутой циркуляцией воздуха.

ТГ на 800 МВт имеет тиристорные преобразователи, которые вып­рямляют переменный ток вспомогательного генератора и питают обмотку возбуждения ТГ. Охлаждение тиристоров – водяное через изолирующую лавсановую пленку.

В настоящее время разработаны и используются первые безщеточные системы возбуждения генераторов, в которых диодные преобразова­тели вращаются вместе с ротором генератора. Для этого требуются специальные вентили, способные работать с большими центробежными ускорениями и обладающие высокой надежностью.

Сглаживающие фильтры

Предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Для одного полупериодного выпрямителя – p = U_н(1)/U_н.ср = 1,57, так как

m = 1 – число пульсаций.

Для двух полупериодных выпрямителей р = 0,67,

где U_н = U_н.ср ´ (1 + 2/3 · cos2ωt + 2/15 · cos4ωt + …), m = 2.

Для трехфазного с нулевым выводом р = 0,25;

U_н = U_н.ср (1 + cos3ωt − …), m = 3.

Для трехфазного мостового Р = 0,057; m = 6.

Для многих электронных устройств работа недопустима с такими коэффициентом пульсаций p. Для электронных основных усилительных каскадов р нужен 10⁻⁴–10⁻⁵, для входных усилительных каскадов 10⁻⁶−10⁻⁷.

Основными элементами сглаживающих фильтров являются конденсаторы, индуктивные катушки, транзисторы, у которых сопротивления различны для постоянного и переменного токов. Эффективность сглаживающего фильтра характеризует коэффициент сглаживания S = P_вх/P_вых, где P_вх − коэффициент пульсации на входе фильтра; Р_вых − коэффициент на выходе фильтра.

По количеству элементов различают однозвенные и многозвенные фильтры.

Емкостный фильтр с одним диодом представлен на рисунке.

б

а

а

Емкостной фильтр с одним диодом: а - схема фильтра; б - временные диаграммы

При U₂ > U_c конденсатор заряжается через открытый VD (интервал t₁–t₂ ) до амплитуды U_2m. Затем разряжается, когда U₂ < U_с (интервал t₂−t₃):

.

С_ф выбирают так, чтобы для основной гармоники

Х_с._осн = 1/2 f_осн.С_ф<< R_н

при С_ф R_н 10T , коэффициент пульсаций р ≤ 10⁻².

Емкостной фильтр в мостовой схеме выпрямления представлен на рис.

а б

. Емкостной фильтр с мостовым выпрямителем: а - схема фильтра; б - характеристики

Коэффициент сглаживания фильтра S_c = mωC_фR_н, где m − число пульсаций С_ф = 1/2 f_осн R_н. Емкостной фильтр применяется при токах нагрузки до 30 мА.

Индуктивный фильтр

а б

Индуктивный фильтр: а - схема фильтра; б - характеристики

X_L = 2 fL; Rф = 0; X_L >> R_н

Коэффициент сглаживания

S_L = mωL_ф/ R_н,

L_ф подавляет переменную составляющую тока, а постоянный ток пропускает беспрепятственно.

Недостаток: большие габариты и масса катушки. Применяется в трехфазных выпрямителях большой и средней мощности при больших токах катушки. На малые мощности применять нецелесообразно.

Г-образный LC-фильтр − это простейший многозвенный фильтр.

Г-образный LC-фильтр

Необходимо: mωL_ф >> R_н ; mωC_ф << R_н,

Тогда коэффициент сглаживания S_г = S_L S_c = m²ω²L_ф C_ф

Обычно рассчитывают

L_ф C_ф = S_г/ m²ω²

затем выбирают стандартное значение С_ф и рассчитывают L_ф.

Г-образный RC-фильтр представлен на рисунке

Г-образный RC-фильтр

Если R_H/(R_H + R_Ф) = 0,5¸0,9, то падение постоянной составляющей напряжения мало на R_ф. При Х_с << R_ф переменная составляющая напряжения на R_ф больше, чем на R_H. Коэффициент сглаживания

S_Г(КС) = (0,5¸0,9) nwR_Ф C_Ф

Внешней характеристикой выпрямителей является зависимость U_H(I_H) /

С емкостным фильтром − это амплитуда выпрямленного напряжения, а без фильтра − − это среднее значение при холостом ходе.

ВАХ выпрямителей без фильтра представлена на рисунке.

ВАХ выпрямителей

Стабилизаторы напряжения (СН)

Это устройства, поддерживающие напряжение на нагрузке в заданных пределах ( . Подразделяются на параметрические и компенсационные. Основные параметры стабилизатора:

коэффициент стабилизации

; выходное сопротивление

.

Знак «минус» показывает, что с ростом тока нагрузки уменьшается.

П араметрический стабилизатор. Используется кремниевый стабилитрон V D1, параметры которого (R) изменяются с изменением

напряжения U или тока I.

Параметрический стабилизатор

при

Величину выбирают ,чтобы ВАХ проходила через среднюю точку А:

Т. к. параметры стабилитрона зависят от температуры и колеблется, то последовательно VD1 включают дополнительный стабилитрон VD2 (или диод) в прямом направлении для температурной компенсации.

Недостаток: низкий K_U (до 50), низкий КПД, узкий диапазон U_СТ.

Компенсационный стабилизатор напряжения (КСН). Представляет собой систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью. Выполняется в виде единой полупроводниковой микросхемы, которая одновременно сглаживает пульсации и защищает от перегрузки.

Принцип действия основан на непрерывном сравнении напряжения нагрузки (или его части) с опорным (образцовым) напряжением . Разность усиливается и подается на регулирующий элемент РЭ (обычно транзистор VT), сопротивление которого изменяется в зависимости от величины и знака ΔU, компенсируя изменения , т.к.

Структурная схема КСН

. Например, увеличится или уменьшится , значит, увеличится , т. е. и появляется , которое усиливается и вызывает возрастание сопротивления РЭ и , тогда . В качестве источника опорного напряжения (ИОН) используется параметрический стабилизатор напряжения. В качестве усилителя применяется интегральный операционный усилитель. Для КСН коэффициент стабилизации достигает нескольких тысяч.

ЛЕКЦИЯ 14