4. Розрахунок індуктивного фільтру

Розглянемо методику розрахунку індуктивності фільтру. Випрямляч можна розглядати як генератор несинусоїдної напруги, кожна зі складових якої зображається окремим джерелом.

Рис. 3.5

На схемі рис.3.5 їх кількість обмежена джерелом постійної складової U_d та джерелом головної гармонікиЦе обмеження достатнє, оскільки розрахунок потрібного значення К_п за основною гармонікою цілком забезпечує потрібну якість струму навантаження. Пояснюється це покращенням фільтруючих якостей індуктивності із зростанням номера гармоніки, оскільки пропорційно зростає реактивний опір фільтру. Для постійної складової індуктивність L_ф опору не чинить. Тому амплітуда струму першої гармоніки буде:

де: – амплітуда основної гармоніки випрямленої напруги.

- число пульсацій в кривій випрямленої напруги

Амплітуда напруги на активному опорі навантаження від дії струму знаходиться за законом Ома:

Визначимо коефіцієнт пульсацій на активному навантаженні:

Звідки:

(3.23)

Після нескладних перетворень виразу(3.23), знайдемо індуктивність L_ф :

Оскільки , то

Для всіх випрямлячів, що працюють на активно-індуктивне навантаження, коефіцієнт пульсацій на їх виході відомий і визначається виразом:

Звідки

(3.24)

Вираз (3.24) є загальним і справедливий для будь-якої схеми випрямляча . В разі активно-індуктивного навантаження слід вважати , що .

Для схеми Міткевича , тому, з урахуванням , отримуємо:

3.5.5 Трифазний однотактний керований випрямляч

Розглянемо керований режим роботи випрямляча. Його схема зображена на рис.3.6.

Рис. 3.6

Як видно зі схеми рис. 3.6 керований випрямляч реалізується шляхом заміни звичайних діодів на керовані діоди – тиристори. Додатково потрібно використовувати спеціальну систему імпульсно – фазового керування (СІФК), в завдання якої входить генерація імпульсів вмикання тиристорів. Трифазний однотактний керований випрямляч як правило використовується для живлення низьковольтного навантаження, тому комплектується з понижувальним трансформатором.

Діаграми миттєвих значень струмів та напруг випрямляча в режимі активного навантаження зображені на рис.3.7.

Рис. 3.7

Принцип роботи такого перетворювача базується на зміні моментів вмикання тиристорів. За таких умов до навантаження буде прикладена тільки частина робочих півперіодів мережі живлення, як це зображено на рис.3.7,в. Тобто при зміні моменту вмикання тиристорів, площа півперіодів, які формують напругу на навантаженні, буде змінюватись. Тим самим буде змінюватись середнє значення випрямленої напруги, а також, як наслідок, величина струму навантаження. Таким чином, керований випрямляч суміщує дві функції –випрямлення та регулювання рівня напруги та струму в колі навантаження.

На рис.3.7,б зображені імпульси напруги u_k, які вмикають відповідні тиристори. Фаза цих імпульсів змінюється в межах

Причому, за початок підрахунку кута α беруться точки перетину фазних е.р.с. вторинної обмотки трансформатора, тобто точки природної комутації.

Миттєві діаграми вихідної напруги u_d , струму тиристора i_VТ1 та зворотної напруги на ньому в режимі активного навантаження зображені на рис.3.7в,г, для кута α =30˚

Встановимо зв'язок між величиною кута вмикання тиристора α та рівнем середньої напруги випрямляча. Так як на періоді вкладаються три пульсації випрямленої напруги, то досить розглянути тільки одну з них обумовлену наприклад, е.р.с. фази a.

Виходячи з особливостей роботи трифазного випрямляча, слід розглядати два інтервали зміни кута α. Перший з них, забезпечує режим безперервного формування випрямленої напруги і обмежений інтервалом:

На другому інтервалі у вихідній напрузі з’являються нульові проміжки і вона та струм навантаження стають переривчастими. Такий режим спостерігається при кутах:

Відповідно середнє значення випрямленої напруги на обох інтервалах буде по різному залежати від кута α . На першому з них:

(3.25)

де: U_do - середнє значення напруги при α =

На другому інтервалі, коли

3.26

_{Вирази (3.25) та (3.26) називаються регулювальними характеристиками випрямляча і використовуються для виконання п.8 завдання.}

У випадку згладженого струму, коли L_d → ∞, при кутах режим роботи випрямляча нічим не відрізняється від роботи на активне навантаження. У випадку в кривій випрямленої напруги з’являються від’ємні ділянки, обумовлені тим ,що працюючий тиристор утримується і відкритому стані навіть при зміні знаку фазної е.р.с. Ця особливість пояснюється накопиченням індуктивністю енергії в магнітному полі за рахунок якої струм в колі навантаження залишається нерозривним. За цієї причини увімкнений тиристор буде залишатись в зазначеному стані до тих пір, поки не вступить в роботу тиристор наступної фази і струм навантаження не перемкнеться на нього. Таким чином, тиристори випрямляча завжди відкриті третину періоду. Миттєві діаграми для α=60˚ зображені на рис.3.8.

З наведених діаграм рисунку 3.8 видно, що в кривій випрямленої напруги відсутні нульові проміжки і струм навантаження залишається безперервним в усьому діапазоні зміни кута α. Тому регулювальна характеристика випрямляча буде єдиною і такою, що відповідає виразу (3.25), отриманому саме з умови безперервності випрямленої напруги та струму. Цю обставину слід враховувати при виконанні п.8 завдання.

Рис. 3.8