Индуктивным характером нагрузки

При индуктивном характере нагрузки (ключ К разомкнут) после отпирания тиристора ток i_d нарастает, энергия запасается в индуктивности L_d. При уменьшении i_d эта накопленная энергия поддерживает ток через тиристор и после того, как к нему прикладывается обратное напряжение (рис. 1). В итоге, в кривой напряжения u_d появляются участки отрицательной полярности.

Рис. 1

В предельном случае при L_d ® ¥ (рис 2) ток нагрузки i_d= I_d, токи через тиристоры имеют вид прямоугольных импульсов, напряжение на тиристоре u_в1= u₂₁- u₂₂. Наличие в кривой u_d участков отрицательной полярности уменьшает величину напряжения U_d. Диапазон изменения угла управления в этом случае 0<α<π/2. Другим недостатком УВ в рассматриваемом режиме работы является относительно низкий коэффициент мощности по первой гармонике cos φ₁= cos α.

Для повышения U_d и cos φ₁ в схему управляемого выпрямителя вводят так называемый нулевой диод VD0 (рис. 1.20а). Схема УВ с нулевым диодом работает следующим образом (рис. 1.20б).

Пусть на интервале α < ωt < π ток проводит тиристор VS1. Ток i_d замыкается по контуру VS1-R_d-L_d-Тр. Диод VD0 заперт обратным для него напряжением u₂₂. В момент ωt = π диод VD0 открывается, к тиристору VS1 через открывшийся VD0 прикладывается обратное для него напряжение u₂₁ и

Рис.2

VS1 запирается. Ток нагрузки i_d продолжает протекать в прежнем направлении, замыкаясь по контуру VD0-R_d-L_d. Напряжение на нагрузке u_d= 0. В момент ωt = π+α открывается тиристор VS2. Через открытый VS2 к VD0 прикладывается обратное напряжение u₂₂ и VD0 запирается.

Т.О. включ. нулевого диода исключает явление смены полярности выходного напряжения, т. к. смена полярности напряжений u₂₁ или u₂₂ приводит к отпиранию VD0, который сразу шунтирует нагрузку. Кривая выходного напряжения u_d имеет тот же вид, что и при чисто активной нагрузке.

При наличии VD0 первая гармоника тока в первичной обмотке трансформатора i_1,1 смещена по фазе относительно напряжения u₁ на угол φ = α/2, т. е. коэффициент мощности выпрямителя с нулевым диодом повышается.

Сглаживающие фильтры

Сглаживающие фильтры выполняют на основе реактивных элементов - дросселей и конденсаторов,которые оказывают соответственно большое и малое сопротивления переменному току и наоборот, - для постоянного тока. Указанные свойства этих элементов используют при построении простейших сглаживающих фильтров: сглаживающий дроссель включают последовательно с нагрузкой, а конденсатор - параллельно ей. Виды сглаживающих фильтров показаны на рисунке 25.3.

Путем выбора параметров фильтра получают постоянное напряжение, удовлетворяющее нагрузку в отношении пульсаций. Наличие сглаживающего фильтра оказывает значительное влияние на режим работы выпрямителя и его элементов. Существенным при этом является характер входной цепи сглаживающего фильтра, определяющий совместно с внешней нагрузкой вид нагрузки выпрямителя. Так, для сглаживающих фильтров, выполненных по схемам рисунка 25.3, кроме одиночной ёмкости, нагрузка выпрямителя носит активно-индуктивный характер, а для сглаживающего фильтра в виде ёмкости - активно-ёмкостный характер.

Рисунок 25.3 - Сглаживающие фильтры

Сглаживающий фильтр (СФ) – это устройство, предназначенное для уменьшения постоянной составляющей выпрямленного напряжения (включают между схемой выпрямителя и нагрузкой).

Сглаживающие свойства фильтра характеризует коэффициент пульсации на выходе:

где - амплитуда низшей гармоники на выходе фильтра, - постоянная составляющая напряжения на выходе фильтра.

на практике используют следующий подход: .

Степень уменьшения пульсации выпрямленного напряжения при переходе через фильтр характеризуется коэффициентом сглаживания:

,

- коэффициент передачи.

При известной схеме выпрямителя коэффициент пульсации на входе равен:

.

Расчет фильтра сводится к определению параметров фильтра по заданному коэффициенту сглаживания. Для того чтобы выполнить такой расчет необходимо знать зависимость коэффициента сглаживания и нагрузки.

Индуктивный фильтр

1. ,

2. Расчет переменной составляющей:

Ú_m = Í_m(r+jωl)

- коэффициент сглаживания L фильтра.

лучше, чем он больше. L фильтр используют при большой активной мощности. Отсюда следует что при уменьшении (т.е. увеличение мощности) возрастает, поэтому L фильтр выгодно применять при больших мощностях. По мере увеличения уменьшается, при , .

Г – образный LC фильтр

,

Ú_mвх = Í_m

Включение конденсатора параллельно нагрузки будет эффективно, если он шунтирует переменную составляющую тока нагрузки, т.е. должно выполняться условие: (1)

Ú_mвх = Í_mj

Для модулей:

Ú_m.вых = Í_m

при : Ú_m.вых = Í_m ;

;

;

При заданном коэффициенте сглаживания:

(2)

Соотношение между L и C должно быть таким, чтобы не возникал резонанс на частоте пульсаций выпрямленного напряжения.

Это условие формируется следующим образом:

(3)

Если это условие не выполняется, то необходимо увеличить LC.

Коэффициент сглаживания LC фильтра практически не зависит от нагрузки, кроме того при одинаковых индуктивностях фильтра коэффициент сглаживания LC фильтра всегда выше коэффициента сглаживания L фильтра. Поэтому для обеспечения одинаковых коэффициентов сглаживания LC фильтр может иметь меньшую индуктивность, поскольку здесь могут применяться электролитические конденсаторы.

LC фильтры обеспечивают коэффициент сглаживания при лучших массогабаритных показателях (МГП ). Из этих же соображений улучшения МГП стремятся обеспечить требуемое значение LC при минимальной L при этом, однако должно выполняться условие непрерывности выпрямленного тока:

; .

Учитывая, что .

Получим (4)

Критический ток сохраняет непрерывность.

(5)

Порядок расчета LC фильтра:

1. Находим LC по уравнению (2);

2. Проверяем, выполняется ли условие (3);

3. Находим L_кр по (4);

4. Находим C по (5);

5. Проверяем условие (1).

С фильтр

На практике для оценки качества фильтра используют коэффициент пульсации на выходе: