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. При 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 = Uн(1)/Uн.ср = 1,57;
Для двух полупериодных выпрямителей р = 0,67;
Для трехфазного с нулевым выводом р = 0,25;
Для трехфазного мостового Р = 0,057.
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 = Pвх/Pвых, где Pвх − коэффициент пульсации на входе фильтра; Рвых − коэффициент на выходе фильтра.
По количеству элементов различают однозвенные и многозвенные фильтры.
Емкостный фильтр с одним диодом представлен на рис.15.5.
а)
б)
Рис.15.5. Емкостной фильтр с одним диодом: а - схема фильтра; б - временные диаграммы
При U2 > Uc конденсатор заряжается через открытый VD (интервал t1–t2 ) до амплитуды U2m. Затем разряжается, когда U2 < Uс (интервал t2−t3):
.
Сф выбирают так, чтобы для основной гармоники
Хс.осн = 1/2 fосн.Сф<< Rн
при Сф Rн 10T , коэффициент пульсаций р ≤ 10−2.
Емкостной фильтр в мостовой схеме выпрямления представлен на рис.15.6.
а б
Рис.15.6 . Емкостной фильтр с мостовым выпрямителем: а - схема фильтра; б - характеристики
Коэффициент сглаживания фильтра Sc = mωCфRн, где m − число пульсаций Сф = 1/2 fосн Rн. Емкостной фильтр применяется при токах нагрузки до 30 мА.
Индуктивный фильтр(рис.15.6).
а б
Рис.15.6. Индуктивный фильтр: а - схема фильтра; б - характеристики
XL = 2 fL; Rф = 0; XL >> Rн
Коэффициент сглаживания
SL = mωLф/ Rн,
Lф 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 (рис.15.7).
Рис.15.7. Г-образный LC-фильтр
Для хорошего сглаживания необходимо: mωLф >> Rн ; mωCф << Rн,
Тогда коэффициент сглаживания Sг = SL Sc = m2ω2Lф Cф
Обычно рассчитывают
Lф Cф = Sг/ m2ω2
затем выбирают стандартное значение Сф и рассчитывают Lф.
Г-образный RC-фильтр представлен на рис.15.8.
Рис.15.8. Г-образный RC-фильтр
Если RH/(RH + RФ) = 0,5¸0,9, то падение постоянной составляющей напряжения мало на Rф. При Хс << Rф переменная составляющая напряжения на Rф больше, чем на RH. Коэффициент сглаживания
SГ(КС) = (0,5¸0,9) nwRФ CФ
Внешней характеристикой выпрямителей является зависимость UH(IH).
С емкостным фильтром − это амплитуда выпрямленного напряжения, а без фильтра − − это среднее значение при холостом ходе.
ВАХ выпрямителей представлены на рис.15.9.
Рис.15.9.ВАХ выпрямителей