Структурная схема и классификация выпрямителей

 

Выпрямителем называется статический преобразователь электрической энергии переменного тока в постоянный ток. Структурная схема выпрямителя приведена на рис. 4.

 

Рис. 4. Структурная схема выпрямителя

 

На рис. 4 цифрами обозначено:

1 – преобразовательный трансформатор (Т), служащий для согласования входного и выходного напряжения;

2 – блок полупроводниковых вентилей (UZ), осуществляющий функцию выпрямления переменного тока;

3 – выходной или сглаживающий фильтр (Z);

4 – блок нагрузки (R_d и X_d);

5 – блок системы управления (СУ) или системы автоматического регулирования (САР) в случае управляемого выпрямителя;

6 – блок сигнализации и защиты (БСЗ).

На практике в зависимости от назначения выпрямителя отдельные блоки могут отсутствовать.

Выпрямители классифицируют:

1) по мощности;

2) по напряжению;

3) по числу фаз первичной обмотки трансформатора;

4) по схеме выпрямления;

5) по возможности регулирования выходного напряжения.

По мощности выделяют выпрямители:

– маломощные (единицы киловатт);

– средней мощности (десятки киловатт);

– большой мощности (выше 100 кВт).

Подобное разделение в количественном отношении носит, конечно, условный характер.

По напряжению выделяют выпрямители:

– низкого напряжения (до 250 В);

– среднего напряжения (до 1000 В);

– высокого напряжения (выше 1000 В).

По числу фаз первичной обмотки трансформатора выделяют выпрямители:

– однофазные;

– трехфазные.

Чем больше число фаз выпрямителя, тем меньше содержание высших гармоник как в кривой выпрямленного напряжения, так и в токе, потребляемом выпрямителем из питающей сети.

По схеме выпрямления различают выпрямители:

– однофазные (однополупериодный с одним диодом, двухполупериодный нулевой, двухполупериодный мостовой);

– трехфазные (нулевые простые и сложные, мостовые простые и сложные, последовательного и параллельного типов).

По возможности регулирования различают выпрямители:

– нерегулируемые (неуправляемые);

– регулируемые (управляемые).

Иногда выпрямители классифицируют по числу пульсаций m в кривой выпрямленного напряжения u_d за период питающего напряжения T = 2 π (рис. 5).

 

 

Рис. 5. Кривые выпрямленного напряжения u_d для различных

схем выпрямления (б-е) за период питающего напряжения u₁ (а)
2.2. Основные параметры выпрямителей. Допущения, принимаемые

 при анализе и эксплуатационные характеристики

 

При расчете параметров основных элементов, входящих в выпрямитель, и для сравнения их при различных схемах выпрямления с целью выбора оптимальной, исходными величинами являются:

I_dном – номинальный выпрямленный ток, соответствующий наибольшему рабочему току выпрямителя;

U_dном – номинальное выпрямленное напряжение при указанном токе I_dном, соответствующее номинальному напряжению приемников;

U_с (U₁) – линейное напряжение питающей сети, подводимое к сетевой (первичной) обмотке трансформатора;

m₁ – число фаз питающей системы;

U_d0 – среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе;

m – число пульсаций в кривой выпрямленного напряжения u_d за период (T = 2π) питающего напряжения u₁.

Условия работы вентильных плеч характеризуются следующими параметрами:

I_{v max}, I_{v ср.} – максимальный и средний токи вентильного плеча, выраженные через ток нагрузки I_dном;

U_{v max} - максимальное значение обратного напряжения, определяемое через U_d0 (U₂).

Эти параметры позволяют выбрать тип вентиля и рассчитать число параллельно и последовательно соединенных вентилей в плече.

Условия работы трансформатора в схеме выпрямителя определяются следующими параметрами:

I₂, I₁ – действующие (эффективные) значения токов в вентильной (вторичной) и сетевой (первичной) обмотках трансформатора, выраженные через I_dном;

U₂, U₁ – действующие значения фазных напряжений на этих обмотках, полученные в виде функции от U_d0;

m₂ – число фаз вентильной обмотки;

S₁, S₂ – мощности соответственно сетевой и вентильной обмоток

 

                                                                               (1)

                                        (2)

 

S_тип – типовая (расчетная) мощность трансформатора, по которой характеризуется расход электротехнических материалов, габариты и вес трансформатора.

В общем случае эта мощность определяется из выражения:

                                       ,                                     (3)

где  – мощность уравнительного реактора в сложных схемах параллельного типа;

к_т – коэффициент трансформации трансформатора, определяемый из выражения

                                          к_т = ,                                     (4)

где и – числа витков в сетевой и вентильной обмотках трансформатора соответственно.

Вследствие сложности математического анализа электромагнитных процессов в цепях выпрямителей обычно принимают ряд допущений:

– вентили принимаются идеальными (сопротивление вентиля при приложении обратного напряжения равно бесконечности и, следовательно, обратный ток i_{v обр.} = 0; прямое падение напряжения на вентиле принимается постоянным);

– активное сопротивление обмоток трансформатора не учитывается;

– питающее напряжение симметрично и синусоидально;

– нагрузка на выпрямитель имеет бесконечно большое индуктивное сопротивление (X_d = ∞), что обусловливает абсолютное сглаживание выпрямленного тока. Режим X_d = ∞ определяется индуктивными сопротивлениями тяговых двигателей электроподвижного состава, контактной сети и сглаживающих реакторов, у которых активное сопротивление несоизмеримо меньше индуктивного.

Основными эксплуатационными характеристиками выпрямителя являются:

– внешняя характеристика, то есть зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки U_d = f(I_d);

– характеристики КПД (η) и коэффициента мощности (χ);

– качество сетевого тока;

– качество выпрямленного напряжения.

Сравнение этих характеристик в совокупности с числом вентилей и типовой мощностью трансформатора позволяет определить технико-экономическую эффективность схем выпрямления и выбрать оптимальную из них.

 

Предыдущая123456789Следующая

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: