Тема: Выпрямители

Тема: Преобразователи электроэнергии

ЛЕКЦИЯ 4.

Выпрямление — преобразование энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Принцип электронного силового выпрямления основан на использовании свойств силовых электронных вентильных приборов проводить однонаправленный ток. Процессы при выпрямлении определяются:

- видом вентильного прибора и способом его управления;

- характером нагрузки на стороне постоянного тока;

- техническими характеристиками источника энергии переменного тока.

При рассмотрении принципа выпрямления примем следующие основные допущения:

- на стороне переменного тока включен источник напряжения синусоидальной формы со стабильной частотой;

- в качестве вентильных приборов рассматриваем диод VD или тиристор VS с «идеальными» характеристиками (см. § 6.2);

- нагрузка представляется сосредоточенными элементами;

- дополнительные потери в схеме выпрямления отсутствуют.

Для более детального представления зависимости процессов выпрямления от различных факторов рассмотрим однофазную мостовую схему выпрямления с активной нагрузкой Rd (рис. 6.11, а).

Однофазный неуправляемый выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, работает следующим образом. Предположим, что в первом полупериоде начало вторичной обмотки питающего трансформатора (помечено точкой) положительно по отношению к концу обмотки (интервал 0— на рис. 6.11, б). В этом случае открыты диоды VD1 и VD3 и протекание тока по контуру, отмеченному на рис. 6.11, а пунктирной линией, пройдет через вторичную обмотку трансформатора, вентили VD1 и VD3 и сопротивление нагрузки Rd (в этом случае ключ К замкнут). В результате к нагрузке будет приложено напряжение вторичной обмотки u2. Диоды VD2 и VD4 в этом интервале закрыты, так как к ним прикладывается напряжение вторичной обмотки трансформатора, являющееся для них обратным. Смена полярности напряжения на обмотке трансформатора приводит к тому, что открывается вторая пара диодов (VD2 и VD4), а диоды VD1 и VD3 закрываются (интервал —2 на рис. 6.11, б). Таким образом, диоды схемы работают попарно, пропуская через сопротивление нагрузки обе полуволны переменного тока (рис. 6.11, б). Выпрямленное напряжение представляет собой однополярные полуволны питающего переменного напряжения. Ток в активной нагрузке Rd полностью повторяет форму кривой выпрямленного напряжения (рис. 6.11, б). На рис. 6.11, в, г и д представлены токи в диодах VD1, VD3, обмотке трансформатора i2 и обратное напряжение на диодах VD1, VD3 соответственно.

На процессы выпрямления существенное влияние оказывает характер нагрузки на стороне постоянного тока, в частности наличие индуктивности в нагрузке выпрямителя. Подобный режим встречается в случае включения в цепь нагрузки индуктивного фильтра (размыканием ключа К) или определяется самим характером потребителя (например, обмотки возбуждения электрических машин). Чем больше индуктивность Ld, тем меньше переменная составляющая в кривой id и тем больше сглажен выпрямленный ток.

При наличии в нагрузке реактора со значительной индуктивностью Ld (Ld = ) ток нагрузки является идеально сглаженным и имеет вид прямой линии, параллельной оси времени. На процессе переключения диодных групп это явление не скажется, так как при смене полярности напряжения на вторичной обмотке идеального трансформатора ток может мгновенно менять свое направление. Таким образом, ток в диодах имеет вид прямоугольных блоков длительностью  (рис. 6.11, е, ж).

При замене диодов VP в схеме на рис. 6.11, а на тиристоры VS получаем управляемый выпрямитель. Управляющие импульсы должны подаваться одновременно на два тиристора схемы, расположенных диагонально.

Рассмотрим работу управляемого выпрямителя на активную нагрузку (рис. 6.12, а, б, в). Например, в момент времени 1 (рис. 6.12, а) на тиристоры VS1 и VS3 поданы управляющие импульсы. Интервал времени 0—1 принято называть углом управления . Тиристоры отпираются, и в интервале 1—2 ток протекает через сопротивление нагрузки Rd. В момент  ток проходит через нуль, и тиристоры VS1 и VS3 запираются. В интервале —2 все тиристоры закрыты. Далее, в момент  = 2 подаются управляющие импульсы на следующую пару тиристоров — VS2 и VS4. Тиристоры VS2 и VS4 работают аналогично тиристорам VS1 и VS3, но только со сдвигом на  (интервал 2—2).

Из рис. 6.12, а видно, что ток в активной нагрузке Rd полностью повторяет форму кривой выпрямленного напряжения.

При введении в нагрузку кроме резистора Rd реактора Ld со значительной индуктивностью будем считать, что схема работает с идеально сглаженным током (Ld = ). Пусть в момент 1 (рис. 6.12, г) подаются управляющие сигналы на тиристоры VS1 и VS3 и они вступают в работу. Как видно из рис. 6.12, г, где изображены кривые выпрямленного напряжения ud и выпрямленного тока id, ток через тиристоры (VS1 и VS3) не обрывается в момент прохождения фазного напряжения через нуль (момент  = ), как это было в случае чисто активной нагрузки, а продолжает течь вплоть до момента коммутации на следующую пару вентилей (момент  = 2). Это обусловлено тем, что в индуктивности Ld накапливается в первом полупериоде энергия, которая поддерживает протекание тока id после смены знака напряжения. Характерно, что в кривой выпрямленного напряжения ud появляются участки положительного и отрицательного напряжений (рис. 6.12, г). На рис. 6.12, д, е представлены кривые напряжения на тиристорах VS1 и VS3 и тока i2 в обмотке трансформатора при активно-индуктивной нагрузке.

Практический интерес может представлять также нагрузка в виде ЭДС постоянного тока, включенная с обратной для вентильного ключа полярностью. Такие схемы выпрямления называются схемами с противоЭДС в цепи нагрузки. Они применяются в устройствах заряда аккумуляторных батарей, в системах рекуперации (возврата) электроэнергии из источника постоянного тока в сеть переменного тока и др. Конденсатор фильтра большой емкости на выходе выпрямителя в некоторых режимах работы может рассматриваться как источник противоЭДС.

Дата добавления: 2014-01-11