Файл: Управляемые выпрямители устройство, схемы, принцип работы.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.02.2024
Просмотров: 30
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Переход рабочих промежутков времени между диодами происходит в моменты естественной коммутации, диоды работают по порядку. В итоге потенциал общих катодов и общих анодов может быть измерен по верхней и нижней огибающим графиков фазных напряжений (см. диаграммы).
Мгновенные значения выпрямленных напряжений равны разности потенциалов катодной и анодной групп диодов, то есть сумме ординат на диаграмме между огибающими. Выпрямленный ток вторичных обмоток показан на диаграмме для активной нагрузки.
Таким же образом можно получить от трехфазного трансформатора более шести фаз постоянного напряжения: девять, двенадцать, восемнадцать и даже больше. Чем больше фаз (чем больше пар диодов) в выпрямителе, тем меньше уровень выходных пульсаций напряжения. Вот, взгляните на схему с 12 диодами:
Здесь трехфазный трансформатор содержит две трехфазные вторичные обмотки, причем одна из групп объединена в схему «треугольник», вторая — в «звезду». Количества витков в обмотках групп отличаются в 1,73 раза, что позволяет получить со «звезды» и с «треугольника» одинаковые величины напряжения.
В данном случае сдвиг фаз напряжений в этих двух группах вторичных обмоток относительно друг друга получается равен 30°. Поскольку выпрямители включены последовательно, то выходное напряжение суммируется, и на нагрузке частота пульсаций оказывается теперь в 12 раз большей по отношению к сетевой частоте, при этом уровень пульсаций получается меньшим.
Наиболее распространенные схемы выпрямления переменного тока в постоянный
В
ыпрямителем называется электронное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока в постоянный. В основе выпрямителей лежат полупроводниковые приборы с односторонней проводимостью – диоды и тиристоры.При небольшой мощности нагрузки (до нескольких сотен ватт) преобразование переменного тока в постоянный осуществляют с помощью однофазных выпрямителей. Такие выпрямители предназначены для питания постоянным током различных электронных устройств, обмоток возбуждения двигателей постоянного тока небольшой и средней мощности и т.д.
Для упрощения понимания работы
схем выпрямления будем исходить из расчета, что выпрямитель работает на активную нагрузку.
Однофазная однополупериодная (однотактная) схема выпрямления
На рисунке 1 представлена простейшая схема выпрямления. Схема содержит один выпрямительный диод, включенный между вторичной обмоткой трансформатора и нагрузкой.
Рисунок 1 - Однофазный однополупериодный выпрямитель: а) схема - диод открыт, б) схема - диод закрыт, в) временные диаграммы работы
Напряжение u2 изменяется по синусоидальному закону, т.е. содержит положительные и отрицательные полуволны (полупериоды). Ток в цепи нагрузки проходит только в положительные полупериоды, когда к аноду диода VD прикладывается положительный потенциал (рис. 1, а). При обратной полярности напряжения u2 диод закрыт, ток в нагрузке не протекает, но к диоду прикладывается обратное напряжение Uобр (рис. 1, б).
Т.о. на нагрузке выделяется только одна полуволна напряжения вторичной обмотки. Ток в нагрузке протекает только в одном направлении и представляет собой выпрямленный ток, хотя носит пульсирующий характер (рис. 1, в). Такую форму напряжения (тока) называют постоянно-импульсная.
Выпрямленные напряжения и ток содержат постоянную (полезную) составляющую и переменную составляющую (пульсации). Качественная сторона работы выпрямителя оценивается соотношениями между полезной составляющей и пульсациями напряжения и тока. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет 1,57. Среднее за период значение выпрямленного напряжения Uн = 0,45U2. Максимальное значение обратного напряжения на диоде Uобр.max = 3,14Uн.
Достоинством данной схемы является простота, недостатки: плохое использование трансформатора, большое обратное напряжение на диоде, большой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.
Однофазная мостовая схема выпрямления
Состоит из четырех диодов, включенных по мостовой схеме. В одну диагональ моста включается вторичная обмотка трансформатора, в другую – нагрузка (рис. 2). Общая точка катодов диодов VD2, VD4 является положительным полюсом выпрямителя, общая точка анодов диодов VD1, VD3 - отрицательным полюсом.
Рисунок 2 - Однофазный мостовой выпрямитель: а) схема - выпрямление положительной полуволны, б) выпрямление отрицательной полуволны, в) временные диаграммы работы
Полярность напряжения во вторичной обмотке меняется с частотой питающей сети. Диоды в этой схеме работают парами поочередно. В положительный полупериод напряжения u2 проводят ток диоды VD2, VD3, а к диодам VD1, VD4 прикладывается обратное напряжение, и они закрыты. В отрицательный полупериод напряжения u2 ток протекает через диоды VD1, VD4, а диоды VD2, VD3 закрыты. Ток в нагрузке проходит все время в одном направлении.
Схема является двухполупериодной (двухтактной), т.к. на нагрузке выделяется оба полупериода сетевого напряжения Uн = 0,9U2, коэффициент пульсаций - 0,67.
спользования мостовой схемы включения диодов позволяет для выпрямления двух полупериодов использовать однофазный трансформатор. Кроме того, обратное напряжение, прикладываемое к диоду в 2 раза меньше.
Питание постоянным током потребителей средней и большой мощности производится от трехфазных выпрямителей, применение которых снижает загрузку диодов по току и уменьшает коэффициент пульсаций.
Трехфазная мостовая схема выпрямления
Схема состоит из шести диодов, которые разделены на две группы (рис. 2.61, а): катодную - диоды VD1, VD3, VD5 и анодную VD2, VD4, VD6. Нагрузка подключается между точками соединения катодов и анодов диодов, т.е. к диагонали выпрямленного моста. Схема подключается к трехфазной сети.
Рисунок 3 - Трехфазный мостовой выпрямитель: а) схема, б) временные диаграммы работы
В каждый момент времени ток нагрузки протекает через два диода. В катодной группе в течение каждой трети периода работает диод с наиболее высоким потенциалом анода (рис. 3, б). В анодной группе в данную часть периода работает тот диод, у которого катод имеет наиболее отрицательный потенциал. Каждый из диодов работает в течение одной трети периода. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет всего 0,057.
Управляемыми выпрямителями - выпрямители, которые совместно с выпрямлением переменного напряжения (тока) обеспечивают регулирование величины выпрямленного напряжения (тока).
Управляемые выпрямители применяют для регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока, яркости свечения ламп накаливания, при зарядке аккумуляторных батарей и т.п.
Схемы управляемых выпрямителей строятся на тиристорах и основаны на управлении моментом открытия тиристоров.
На рисунке 4,а представлена схема однофазного управляемого выпрямителя. Для возможности выпрямления двух полуволн сетевого напряжения используется трансформатор с двухфазной вторичной обмоткой, в которой формируется два напряжения с противоположными фазами. В каждую фазу включается тиристор. Положительный полупериод напряжения U2 выпрямляет тиристор VS1, отрицательный – VS2.
Схема управления СУ формирует импульсы для открывания тиристоров. Время подачи открывающих импульсов определяет, какая часть полуволны выделяется на нагрузке. Тиристор отпирается при наличии положительного напряжения на аноде и открывающего импульса на управляющем электроде.
Если импульс приходит в момент времени t0 (рис. 4,б) тиристор открыт в течении всего полупериода и на нагрузке максимальное напряжение, если в моменты времени t1, t2, t3, то только часть сетевого напряжения выделяется в нагрузке.
Рисунок 4 - Однофазный выпрямитель: а) схема, б) временные диаграммы работы
Угол задержки, отсчитываемый от момента естественного отпирания тиристора, выраженный в градусах, называется углом управления или регулирования и обозначается буквой α. Изменяя угол α (сдвиг по фазе управляющих импульсов относительно напряжения на анодах тиристоров), мы изменяться время открытого состояния тиристоров и соответственно выпрямленное напряжение на нагрузке.
Вентильные преобразователи постоянного тока
В
ентильные преобразователи постоянного тока служат для питания обмоток возбуждения и якорных цепей двигателей постоянного тока в том случае, когда требуется иметь большой диапазон регулирования скорости и высокое качество протекания переходных режимов электропривода.Для указанных потребителей силовые схемы вентильных преобразователей могут быть: нулевые или мостовые, однофазные или трехфазные. Выбор той или иной схемы преобразователя должен исходить из:
-
обеспечения допустимых пульсаций в кривой выпрямленного напряжения, -
ограничения числа и величины высших гармонических напряжения в сети переменного тока, -
высокого использования силового трансформатора.
Общеизвестно, что пульсирующее выпрямленное напряжение преобразователя создает пульсирующий ток двигателя, нарушающий нормальную коммутацию двигателя. Кроме того, пульсации напряжения вызывают дополнительные потери в двигателе, что приводит к необходимости завышения его мощности.
Улучшение коммутации и уменьшение потерь в электродвигателе может быть достигнуто либо увеличением числа фаз выпрямителя, либо введением сглаживающей индуктивности, либо конструктивным усовершенствованием двигателя.
Если преобразователь предназначен для питания якорной цепи двигателя, обладающей незначительной индуктивностью, наиболее рациональными его силовыми схемами являются трехфазные: двойная трехфазная нулевая с уравнительным реактором, мостовая (рис. 1).
Рис. 1. Силовые схемы трехфазных тиристорных преобразователей: а — двойная трехфазная нулевая с уравнительным реактором, б — мостовая
Для питания обмоток возбуждения двигателей постоянного тока, обладающих значительной индуктивностью, силовые схемы вентильных преобразователей могут быть как трехфазные нулевые, так и мостовые однофазные или трехфазные (рис. 2).
Рис. 2. Схемы тиристорных выпрямителей для питания обмоток возбуждения: а — трехфазная нулевая, б — однофазная мостовая, в — трехфазная полууправляемая мостовая
Из трехфазных схем выпрямления наиболее широкое распространение получила трехфазная мостовая (рис. 1, б). Достоинствами этой схемы выпрямления являются: высокое использование согласующего трехфазного трансформатора, наименьшая величина обратного напряжения на вентилях.
Для электроприводов больших мощностей снижение пульсаций выпрямленного напряжения достигается параллельным или последовательным соединением выпрямительных мостов. В этом случае питание выпрямительных мостов производится либо от одного трехобмоточного трансформатора, либо от двух двухобмоточных трансформаторов.