Трифазні випрямлячі

Трифазні випрямлячі використовуються як джерела постійної напруги живлення середньої та високої потужності. Вони рівномірно навантажують коло трифазного струму і відрізняються високим коефіцієнтом використання силового трифазного трансформатора. Особливість їх роботи визначається тим, що робочим діодом (відкритий стан) є той, у якого в цей момент є більший потенціал на аноді. Це забезпечує тривалість відкритого стану діода протягом 60 град.ел., внаслідок чого значно зменшуються пульсації випрямленої напруги.

Переважно використовуються дві схеми трифазних випрямлячів: трифазна з нульовим виводом (схема Міткевича) і трифазна мостова (схема Ларіонова).

А В С

 

-

 

 

U_d R_н

 

a b c

VD1

VD2 VD3 а) б)

+

 

 

Рис. 3.3.6. Схема трифазного випрямляча з нульовим виводом (а) і часові діаграми

 

Трифазний випрямляч з нульовим виводом (рис. 3.3.6, а) складається з трифазного трансформатора, фази вторинної обмотки якого з’єднані зіркою, та трьох діодів, ввімкнених в кожну фазу. Роботу випрямляча зручно аналізувати за допомогою часових діаграм (рис. 3.3.6, б). в період часу t₁¸t₂ найбільший додатний потенціал прикладено до анода VD1, тому він знаходиться у відкритому стані. Струм проходить через діод (обмотку фази «а» - VD1 – R_н) протягом π/3, тобто до моменту часу t₂, коли у відкритий стан переходить VD2, оскільки в цей момент часу до його анода прикладено найбільший додатний потенціал фази «b». Через VD2 струм проходить в проміжок часу від t₂ до t₃. Відповідно через VD3 струм проходить в період часу t₃¸t₄.

Середнє значення випрямленої напруги трифазного випрямляча з нульовим виводом дорівнює

(3.3.13)

В період часу, коли діод закритий, до нього прикладається зворотна напруга, максимальне значення якої

(3.3.14)

Коефіцієнт пульсацій для такої схеми К_П = 0,25, що набагато менше порівняно з однофазними випрямлячами.

Випрямляч за такою схемою використовується для навантажень зі струмами понад 100 А. Недоліком схеми є підмагнічування осердя трансформатора постійною складовою струму, що понижує ККД випрямляча.

Умови для вибору діодів за струмом та за напругою:

(3.3.15)

(3.3.16)

де І_доп.д. – допустимий струм діода, А

І_сп. – струм споживача, А

U_зв.доп. - зворотна допустима напруга діода, В

U_в. – напруга, що діє на діод в непровідний період, В.

Для трифазного випрямляча U_в визначається за формулою:

(3.3.17)

де U_сп– напруга споживача, В.

Трифазний мостовий випрямляч (схема Ларіонова, рис.3.3.7, а) містить дві групи діодів: анодну – VD1, VD3, VD5 і катодну – VD2, VD4, VD6. робота випрямляча, тобто по черговість роботи діодів, визначається як додатними пів синусоїдами (анодна група), так і від’ємними (катодна група). Тривалість роботи кожного діода становить 60 град.ел. В інтервалі часу t₁¸t₂ струм проходить по шляху: обмотка фази «а» - VD1- R_н - VD4 – обмотка фази «b». В інтервалі часу t₂¸t₃ відбувається комутація діодів VD4 i VD6 і шлях проходження струму є такий: обмотка фази «а» - VD1- R_н – VD6 – обмотка фази «с». таким чином, через навантаження струм проходить завжди в одному напрямку, а можливість використання від’ємних пів синусоїд забезпечує в схемі випрямляча коефіцієнт пульсацій К_П = 0,057, що забезпечує широке використання такої схеми.

А В С

 

 

VD1 a VD2

 

VD3 b VD4

сп

VD5 c VD6

R_н і _сп

 

U_сп а) б)

 

Рис. 3.3.7. Схема трифазного мостового випрямляча (а) та його часові діаграми (б)

 

Середнє значення випрямленої напруги трифазного випрямляча дорівнює

, (3.3.18)

що у 2 рази більше, ніж у випрямлячів за схемою Міткевича. Максимальне значення зворотної напруги діода дорівнює

(3.3.19)

 

Згладжуючі фільтри

Форма напруги на виході випрямлячів не є достатньо гладкою й характеризується пульсаціями, зумовленими наявністю у випрямленій напрузі вищих гармонік, їх вплив (кількісна характеристика) визна­чається коефіцієнтом пульсацій К_п. Сучасні пристрої електроніки вимагають такий рівень пульсацій випрямленої напруги, який харак­теризується К_п= 10^-2 ¸10^-4. Тому, для зниження рівня пульсацій, використовують згладжуючі фільтри, основною характеристикою яких є коефіцієнт згладжування

, (3.3.20)

де К_{п вх}, К_{п вих} - коефіцієнти пульсацій випрямленої напруги на вході та виході фільтра відповідно.

За принципом роботи та схемним рішенням згладжуючі фільт­ри поділяються на пасивні та активні (електронні).

Пасивні згладжуючі фільтри. Пасивні згладжуючі фільтри базуються на фізичних властивос­тях пасивних елементів. Найширше використовуються схеми фільт­рів: типу «С»; типу «L» і типу «LC» або їх комбінації (рис. 3.3.8).

Робота фільтра типу «С» (рис. 3.3.8, а) базується на властивості єм­ності нагромаджувати електричну енергію та явищі заряду-розряду конденсатора. Конденсатор заряджається тоді, коли вхідна напруга U_вх більша, ніж напруга на конденсаторі U_вих і розряджається через опір навантаження за умови U_вх< U_вих(рис. 3.3.9, а).

Фільтр типу «С» застосовують у схемах випрямлячів з потужніс­тю навантаження Р_А < 300 Вт. Коефіцієнт пульсацій випрямленої на­пруги на виході такого фільтра за умови, що τ_роз > 10Т, ( Т— період змінної складової) визначається за формулою

, (3.3.21)

У разі використання фільтра типу «С» необхідно враховувати, що під час заряду конденсатора струм діода обмежується тільки опором вторинної обмотки трансформатора (опір діода у відкритому стані є дуже малий). Тому, з метою обмеження величини струму послідовно до діода, вмикають додатковий резистор.

де τ_роз — стала часу розряду конденсатора; f - частота основної гармоніки випростаної напруги; R_H -- опір навантаження; С_ф — єм­ність фільтра.

L_ф

U_вх С_ф U_вих U_вх U_вих

 

а) б)

L_ф R_ф

U_вх С_ф U_вих U_вх С_ф U_вих

 

в) г)

Рис. 3.3.8. Схеми пасивних фільтрів: а – С-фільтр; б – L-фільтр;

в- LC–фільтр (Г-подібний); г – RC–фільтр (Г-подібний)

 

Для споживачів потужністю, більшою ніж 300 Вт, застосовують фільтр типу «L» (рис. 3.3.8, б). Послідовне з'єднання елементів Lф і R_H зумовлює відставання за фазою струму I_сп відносно напруги U_вх. Для збільшення ефективності згладжування використовують індук­тивності з феромагнітним осердям. Індуктивність нагромаджує магнітну енергію, що веде до збільшення тривалості проходження струму порівняно з тривалістю додатної напруги на діоді (рис. 3.3.9, б). Внаслідок цього зменшуються пульсації випрямленої напруги на на­вантаженні, а коефіцієнт згладжування у цьому випадку визначається за виразом

, (3.3.22)

де L_ф — індуктивність фільтра.

Ефективність роботи такого фільтра визначається співвідношен­ням ωL_ф >>R_н. Тому ці фільтри рекомендується використовувати у схемах трифазних випрямлячів, які характеризуються великими струмами навантаження.

 

Рис.3.3.9. До пояснення роботи С-фільтра і L-фільтра.

Ефективніше зменшити пульсації випрямленої напруги можна за допомогою фільтра типу «LC». Такі фільтри використовують, коли опір навантаження дорівнює десяткам або сотням Ом. їх принцип ро­боти базується на одночасному використанні згладжуючих власти­востей ємності та індуктивності. За схемною реалізацією поділяються наГ - подібні та П-подібні (рис.3.3.10).

Для фільтра типу «LC» (Г-подібний фільтр) коефіцієнт згладжу­вання визначають за виразом q = (4πf)²L_фС_ф-1, де f – частота основної гармоніки.

 

L_ф L_ф

U_вх С_ф U_вих U_вх С_ф1 С_ф2 U_вих

 

а) б)

Рис. 3.3.10. LC – фільтри: Г-подібний (а); П-подібний (б)

 

У разі вибору параметрів LC-фільтра рекомендується використо­вувати такі співвідношення:

;

Для ефективнішого згладжування використовуються П-подібні фільтри, які називають багатоланковими (рис.3.3.10,6). Такі фільтри роз­глядають як ємнісний (С_ф1) і Г-подібний (L_фС_ф2), а коефіцієнт згла­джування визначається q_п = q_сq_г.Для інженерних розрахунків корис­туються такою рекомендацією: якщо R_н>1кОм, то використовують П-подібний фільтр типу CRC(замість ланки L _фрис. 3.3.10,б використо­вується R_ф), а якщо менше, то — фільтр типу CLC.

Для малопотужних випрямлячів використовують RC-фільтри. За умови Х_сф < R_фзмінна складова струму І_сп зменшується, чим дося­гається згладжування випрямленої напруги.

Коефіцієнт згладжування такого фільтра

q = (0,5¸0,9) 4πfR_фС_ф?

а опір фільтра R_ф вибирають за умовою

.

Активні згладжуючі фільтри. В сучасних пристроях електроніки використовуються фільтри, в яких основним елементом є транзистор. Відповідно, такі фільтри на­зивають електронними або активними.

Робота транзисторного фільтра базується на відмінності за вели­чиною опору транзистора для постійної та змінної складових струму колектора. Режим транзистора визначається робочою точкою, яку вибирають на горизонтальній ділянці вихідної характеристики I_K(U_KE) (рис. 3.3.11). Тоді опір постійному струму (статичний опір) є незначний, а опір змінній складовій струму (динамічний опір) — набагато більший. Враховуючи, що то при цьому досягається зменшення пульсацій в 3¸5 разів. Тобто ро­бота такого фільтра подібна до роботи фільтра типу «L».

Схеми фільтрів поділяють за способом вмикання навантаження, а саме, послідовно та паралельно до фільтра. Послідовне ввімкнення електронних фільтрів рекомендується для випрямлячів з випрямною напругою 300¸400 В, а паралельне ввімкнення — для випрямлячів з напругою 0¸10 В.

Розглянемо роботу активного фільтра на прикладі схеми з послі­довним вмиканням навантаження до фільтра (рис. 3.3.12, а). Для того, щоб вищі гармоніки вхідного сигналу не проходили через перехід емітер-база й не підсилювались транзистором, вхідний струм фільт­рується ланкою C_бR_б. Резистор R_Eі вхідний опір транзистора також є ланкою фільтра. Завдяки від'ємному зворотному зв'язку за струмом отримуємо згладжуючу дію конденсатора С_Б і резистора R_E. Вра­ховуючи, що R_д»R_ст, то відповідно і спад напруги від змінної складо­вої струму буде більшим.

Необхідною умовою роботи такого фільтра є наявність RC- ланки, стала часу якої повинна бути набагато більшою за період пульсацій основної гармоніки випрямленої напруги C_бR_б >> Т^{(1 )} .

 

R_E VT

		На рис.3.3.12, б показано схему паралельного вмикання активного фільтра. Резистор RБ1 призначений для задання робочої точки транзистора. Через елементи СБ, RБ проходить змінна складова струму бази, яка підсилюється транзистором і виділяється на резисторі Rф. оскільки струм колектора зсунений за фазою щодо струму бази на π, то напруга на резисторі Rф є в протифазі до змінної складової вхідної напруги. В результаті змінна складова напруги на навантаженні значно послаблюється.

 

C_Б

U_вх С₁ R_н U_вих

R_Б

 

 

а)

R_ф

 

С_ф R_Б1

R_Б2 VT R_н U_вих

 

 

б)

Рис. 3.3.12. Схеми транзисторних фільтрів

з послідовним (а) та паралельним (б)

вмиканням навантаження

 

 

⇐ Предыдущая44454647484950515253Следующая ⇒

Поделиться:

Читайте также:

Випрямлячі з помноженням напруги
Керовані випрямлячі
Класифікація випрямлячів
Однофазні випрямлячі

Воспользуйтесь поиском по сайту: