Трехфазные неуправляемые выпрямители

Во многих электротехнических устройствах используется трехфазное переменное напряжение, для преобразования которого применяют трехфазный выпрямитель с нулевым выводом от трехфазного трансформатора (рис. 4.4, а).

Рис. 4.4. Электрические схемы трехфазных выпрямителей: а— с трансформатором; б— мостовая

В трехфазном выпрямителе каждый диод проводит ток только в положительный полупериод колебания напряжения своей фазы: А, В и С. Так как напряжение в фазах сдвинуто на 120°, то выпрямленные токи накладываются и на выходе формируется положительное напряжение с малыми пульсациями. Подобные трансформаторные схемы выпрямителей используют, когда нужно одновременно понизить или повысить выпрямляемое напряжение.

На рис. 4.4, б показана мостовая схема бестрансформаторного выпрямителя. В такой схеме не нужен нулевой вывод, так как поло­жительный полупериод одной из фаз подключается здесь через обратно включенные диоды двух других фаз. Максимальное значение выпрямленного напряжения такого выпрямителя составляет 0,7Umax(где Umax— амплитуда линейного межфазового напряжения).

Преимущество трансформаторных выпрямителей заключается в возможности создания любого заданного постоянного напряжения, в зависимости от того сколько витков во вторичной обмотке.

Многофазные неуправляемые выпрямители применяют при нагрузках средней и большой мощности (от одного до сотен киловатт при токах от одного до сотен килоампер). КПД неуправляемых выпрямителей достигает 98%.

Управляемые выпрямители

Часто для работы электрических устройств требуется изменять напряжение или ток в зависимости от режима работы нагрузки. Для этого используют регуляторы тока или напряжения с управляющими устройствами в виде мощных транзисторов и тиристоров (рис.4.5). Тиристорные схемы более эффективны, так как они обеспечивают одновременно выпрямле­ние и управление на одном элементе. Применяются также оптоэлектронные схемы выпрямителей, в которых управление осуществляется светом.

Рис. 4.5. Электрические схемы выпрямителей, управляемых тиристорами: а – двухполупериодная: б— с сглаживающим фильтром; в— используемая для зарядки аккумуляторов

В управляемых выпрямителях используются те же схемы, что и в неуправляемых, но диоды заменяют тиристорами (управляемыми вентилями). Программа включения тиристоров задается системой управления (СУ) напряжением или током, как показано на рис. 4,5.

Сглаживающие фильтры

Сглаживающие фильтры служат для уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке выпрямителя. Вместе с тем они не должны ухудшать протекание постоянной составляющей тока, так как это приводит к тепловым потерям и снижению КПД источника питания.

Важной характеристикой является коэффициент пульсации напря­жения на выходе фильтра, который определяется как отношение амплитуды первой гармоники Uгвыходного напряжения к усредненной постоянной составляющей выходного напряжения U0: Кп= Uг/U0.

В отсутствие сглаживающего фильтра при большой активной нагрузке (т.е. малом сопротивлении нагрузки) коэффициент пульсации может достигать больших значений. При подключении хорошего фильтра коэффициент пульсации снижается до значения 0,001, т.е. колебания напряжения на выходе выпрямителя с фильтром составляют менее 0,1%.

Эффективность работы фильтра оценивают коэффициентом сглаживания:

Кс.ф= Кп.вых/Кп.н, (4.1)

где Кп.выхи Кп.н— коэффициенты пульсации напряжения на выходе выпрямителя и нагрузке (т.е. на входе и выходе фильтра).

С учетом выражения для определения коэффициента пульсации и того факта, что у качественного фильтра постоянная составляющая не изменяется, коэффициент сглаживания можно записать в следующем виде:

Кс.ф= Uг.вых/Uг.н, (4.2)

где Uг.выхи Uг.н— амплитуды первой гармоники напряжения на выходе выпрямителя и нагрузке (т.е. на входе и выходе фильтра).