Неуправляемые выпрямительные устройства
Выпрямительные устройства используются для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное напряжение требуемой величины. Выпрямительные устройства в ряде случаев состоят из трансформатора (или без него), вентилей, осуществляющих выпрямление переменного напряжения, и сглаживающего фильтра.
Основным элементом выпрямительного устройства является вентиль. Вентиль - не линейный элемент, сопротивление которого в прямом направлении в сотни -тысячи раз меньше, чем в обратном. В настоящее время в качестве вентилей в основном применяются кремниевые полупроводниковые вентили.
Для режима работы выпрямителей принципиальное значение имеет характер нагрузки, включённой на выходе, т.е. схема сглаживающего фильтра. Питание выпрямителей производится от переменного напряжения синусоидальной или прямоугольной формы.
В устройствах малой (до 300 Вт) и средней до 1 кВт мощности широко используются выпрямители, работающие на фильтрах, начинающихся с ёмкости.
Такие фильтры позволяют получить хорошее сглаживание выпрямленного напряжения при малых размерах фильтра. Выпрямители, работающие на ёмкости, используются в широком диапазоне выпрямленных напряжений (от единиц вольт до десятков кВт) [3].
При выборе вентилей необходимо знать их следующие параметры:
максимально допустимое среднее значение выпрямленного тока Iовд;
максимально допустимое амплитудное значение обратного напряжения Uобр. д;
максимально допустимое амплитудное значение тока через вентиль Iмакс. д;
прямое падение напряжения на вентиле DЕв, измеренное на постоянном токе, или внутренне сопротивление вентиля Ri, определяемое из статических вольт-амперных характеристик вентиля;
максимальное значение обратного тока при максимально допустимом обратном напряжении на вентиле Iобр. макс.;
максимально допустимое значение частоты выпрямляемого переменного напряжения fмакс. д.
При работе выпрямителя на ёмкостную нагрузку наибольшее применение получили следующие схемы:
однофазная двухполупериодная мостовая (рис.1.5 а, б)
однофазная двухполупериодная со средней точкой обмотки трансформатора (рис.1.5 в, г)
трёхфазная однотактная (рис.1.5 д, е)
трёхфазная мостовая (рис.1.5 ж, з)
Рис.1.5 Схемы выпрямителей, работающих на ёмкость: а - однофазная двухполупериодная мостовая; б - однофазная двухполупериодная мостовая бестрансформаторная; в - однофазная двухполупериодная со средней точкой обмотки трансформатора; г - двухфазная двухполупериодная; д - трёхфазная однотактная и е - трёхфазная четырёхпроводная бестрансформаторная; ж - трёхфазная мостовая и з - трёхфазная мостовая бестрансформаторная.
Выбор схемы выпрямителя зависит от ряда факторов, которые должны учитываться в зависимости от требований, предъявляемых к выпрямительному устройству. К таким факторам относятся частота пульсации выпрямленного напряжения, выпрямленная мощность, количество вентилей, коэффициент использования мощности трансформатора, напряжение вторичной обмотки, вес и габариты выпрямителя и др.
Повышенная частота пульсации выпрямленного напряжения позволяет уменьшить размеры сглаживающего фильтра.
Частота пульсации для многофазных схем выпрямления (m ≥ 2) определяется по формуле
fn= m·fс, (1.1)
где m-число фаз питающего выпрямитель напряжения;
fс - частота питающей сети.
Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения рассчитывается по формулам
Kn=2/m²-1 (1.2)
а для мостовых схем выпрямления
Kn=2/p²-1 (1.3)
где p =2 m.
В трехфазной мостовой схеме (схема Ларионова, рис.1.5, ж, з) обратное напряжение на вентиле почти в 2 раза меньше, чем в трёхфазной схеме, а частота пульсации в 6 раз больше частоты питающей сети. Схема обладает наилучшим использованием мощности трансформатора и наименьшим напряжением на вентиле по сравнению с другими схемами выпрямителей.