Тема 2. Неуправляемые выпрямители

Неуправляемые выпрямители связывают между собой системы переменного и постоянного тока, преобразуя электрическую энергию переменного тока в энергию постоянного тока. При неизменных параметрах на стороне переменного тока напряжение на стороне постоянного тока (выпрямленное напряжение) определяется в этом классе выпрямителей только схемой выпрямителя:

E_d=E_s×k_cx, (2-1)

где E_d - постоянная составляющая выпрямленного напряжения (его среднее значение);

E_s – действующее значение переменной ЭДС на входе схемы выпрямления;

k_cx – коэффициент пропорциональности между E_d и E_s, называемый коэффициентом схемы выпрямления.

Для согласования выпрямленного напряжения E_d с напряжением в сети переменного тока E_s обычно между схемой выпрямления и сетью переменного тока устанавливают силовой трансформатор. Тогда:

(2-2)

где: - коэффициент трансформации трансформатора;

Е₂ – действующее значение ЭДС на вторичной обмотке трансформатора.

Поскольку ток нагрузки выпрямителя, вследствие наличия в его цепи нелинейных элементов – вентилей, является несинусоидальной функцией, то в его составе имеется кроме постоянной составляющей еще и высшие гармоники. А это определяет протекание в выпрямителе протекание мощности искажения Т, которая не выделяется в виде полезной мощности, а колеблется между сетью переменного тока и выпрямителем, обуславливая увеличение расчетной мощности всего устройства.

Поэтому работа выпрямительных трансформаторов имеет свои существенные особенности по сравнению с обычными трансформаторами. Основные расчетные соотношения для различных схем выпрямления приведены в таблице 1 Приложения. Присутствие высших гармоник в кривой выходного напряжения и тока ухудшает их качество, которое характеризуется коэффициентом гармоник:

(2-3)

где: k_Гu, k_Гi – коэффициент гармоник соответственно напряжения и тока;

U_m, I_m – амплитудное значение гармоники с низшим порядковым номером, содержащейся в кривой выпрямленного напряжения или тока;

E_d, I_d – постоянная составляющая выпрямленного напряжения или тока. Для улучшения качества выпрямленного напряжения и тока в цепь нагрузки можно вводить дроссель L_d, либо конденсатор С, либо более сложные схемы сглаживающих фильтров на их основе. Различные схемы выпрямления могут быть однополупериодными и двухполупериодными в зависимости от того, протекает ли ток в нагрузке в течении только одной половины периода напряжения питающей сети переменного тока, или в течение обеих половин периода; в зависимости от того, сколько фаз питающего напряжения сети переменного тока подводится к выпрямителю, различают однофазные и многофазные, чаще трехфазные выпрямители; по способу построения схемы выпрямителя бывают мостовые или нулевые (со средней точкой). Кроме того, важную роль в выпрямителе играет пульсность m – число пульсаций выпрямленного напряжения за один период питающего напряжения. Если выходное напряжение выпрямителя не регулируется при неизменной величине напряжения на входе, то такие выпрямители называются неуправляемыми. Обычно они строятся на неуправляемых вентилях (диодах). Если выпрямитель построить на управляемых вентилях (тиристорах или транзисторах), то, управляя моментом включения таких вентилей, можно получить регулируемое напряжение на выходе. Такие выпрямители называются управляемыми. Для расчета выпрямительного устройства требуются следующие исходные данные:

1. Напряжение, частота и мощность сети переменного тока.

2. Напряжение, мощность и характер нагрузки на стороне постоянного тока.

3. Требования, предъявляемые нагрузкой к питающему напряжению.

Порядок расчета выпрямителя следующий:

1. Из анализа исходных данных выбирается схема выпрямления.

2. По заданному напряжению на нагрузке определяется напряжение на вторичной стороне выпрямительного трансформатора и коэффициент трансформации.

3. По заданной мощности нагрузки и по выпрямленному напряжению определяется ток нагрузки.

4. Определяются действующие значения токов в обмотках выпрямительного трансформатора.

5. Определяются мощности обмоток трансформатора на первичной и вторичной стороне.

6. Находится расчетная мощность трансформатора и по обычной методике рассчитывается выпрямительный трансформатор.

7. Вычисляются действующие и средние значения токов во всех элементах выпрямителя, а также их максимальные значения.

8. Вычисляются максимальные значения напряжений на вентилях.

9. По рассчитанным значениям токов и напряжений выбирается нужный ток силовых вентилей (по каталогу).