Схемы выпрямления

На рис. 2.7 приведены наиболее распространенные схемы выпрямления для однофазной сети переменного тока.

Однополупериодная схема выпрямления (рис. 2.7,а) при­меняется при работе на нагрузку с емкостной реакцией для выходных мощностей, не превышающих 5... 10 Вт. Преиму­ществами схемы являются: простота; минимальное число эле­ментов; невысокая стоимость; возможность работы без транс­форматора.

К недостаткам схемы следует отнести: низкую частоту пуль­сации; высокое обратное напряжение на вентиле; плохое ис­пользование трансформатора; вынужденное намагничивание сердечника трансформатора.

Двухполупериодная схема выпрямления с выводом нулевой точки (рис. 2.7,6) может работать на любой вид нагрузки. На­ходит широкое применение для получения низких выходных на­пряжений при больших токах нагрузки. Схема применяется на выходные мощности менее нескольких сотен ватт. Основные преимущества схемы следующие: частота пульсации выше, чем в однополупериодной схеме; минимальное число вентилей; воз­можность использования вентилей с общим катодом или общим анодом; возможность применения общего радиатора без изоля­ции вентилей; отсутствие вынужденного намагничивания; вы­сокий КПД. Недостатками схемы являются: худшее использо­вание трансформатора по сравнению с мостовой схемой и схе­мой удвоения напряжения; высокое обратное напряжение.

Однофазная мостовая схема выпрямления (рис. 2.7,в) мо­жет работать на любой вид нагрузки. Преимущества схемы: частота пульсации выше, чем в однополупериодной схеме; небольшое обратное напряжение; хорошее использование транс­форматора; возможность работы без трансформатора, непосред­ственно от сети; отсутствие вынужденного намагничивания. К недостаткам схемы следует отнести: необходимость в четырех вентилях; повышенное падение напряжения в вентильном комп­лекте; невозможность установки однотипных полупроводнико­вых вентилей на одном радиаторе без изолирующих прокладок. Схема удвоения напряжения (рис. 2.7,г — схема Латура) применяется при относительно высоких напряжениях. Схема об­ладает следующими преимуществами: низкое обратное напря­жение; хорошее использование трансформатора; возможность работы без трансформатора. Недостаток схемы — невозмож­ность установки однотипных полупроводниковых вентилей на одном радиаторе без изоляции. Схема удвоения напряжения (схема Латура) является сим­метричной. Для получения более высоких напряжений (до не­скольких десятков киловатт) при токах в доли миллиампера применяются в основном несимметричные схемы умножения, например схема, изображенная на рис. 2.7,5. На всех конденса­торах напряжение равно 21)_гт (кроме С1, напряжение на кото­ром U_2m) и обратное напряжение на всех диодах равно 2U_Im. Выпрямленное напряжение на нагрузку можно снимать с по­следовательно включенных конденсаторов С/ и СЗ или С2 и С4. В первом случае получим напряжение на выходе Ъ11_гт, во втором — 4f/_2m. Увеличив число звеньев, можно на выходе вы­прямителя получить напряжение nU_im. На практике применяют схему умножения до п=5...6. Достоинством несимметричных схем умножения является возможность заземления одного из выводов вторичной обмотки трансформатора, что часто требует­ся при высоких выходных напряжениях. Недостатком этих схем является сильная зависимость выходного напряжения при из­менениях тока нагрузки и низкая частота пульсации напряже­ния, равная частоте тока питающей сети. Схема удвоения на­пряжения и схемы умножения напряжения работают на емкост­ной характер нагрузки, так как конденсаторы являются неотъ­емлемой частью выпрямителя.

Трехфазная схема выпрямления (рис. 2.8, а) обеспечивает симмет­ричную нагрузку на трехфазную сеть. В основном применяется при небольших мощностях и нагрузке с емкостной реакцией. По сравне­нию со схемами на рис. 2.7 имеет меньшую величину и большую частоту пульсации. Имеется возможность заземления нулевой точ­ки трансформатора и установки вентилей на одном ра­диаторе. К недостаткам схемы относятся: большое обратное напряжение, плохое использование трансформатора и его вы­нужденное намагничивание.

Трехфазная мостовая схема выпрямления (рис.2.8.1,6— схе­ма Ларионова) по сравнению с трехфазной имеет следующие преимущества: обратное напряжение на вентиле в 2 раза мень­ше; лучшее использование трансформатора; отсутствие подмагничивания магнитопровода; меньшая амплитуда и большая час­тота пульсации, возможность работы непосредственно от сети без трансформатора.

Недостатком мостовой схемы по сравнению с трехфазной являются: большее количество вентилей и повышенное падение напряжения в вентильном комплекте.

При средних и больших мощностях схема используется при работе на нагрузку с индуктивной реакцией.

Шестифазные и с большим числом фаз схемы выпрямления работают, как правило, с нагрузкой индуктивного характера, и лишь в отдельных случаях при отсутствии требований в отно­шении пульсации выпрямленного напряжения нагрузка может быть чисто активной.

а) б)

В) г)

Рис. 2.9. Шестифазные схемы выпрямления:

А) — однотактная; б) с двумя дросселями; в)—с уравнительным реактором; г)

— кольцевая

Шестифазная однотактная схема выпрямления (рис. 2.9,а) состоит из двух трехфазных вторичных обмоток а,, Ь_{, с, и а_г, Ь_г, с₂, ЭДС в которых находятся в противофазе. Первичная обмотка трансформатора должна быть соединена в треугольник, так как при соединении ее в звезду возникает вынужденное намагничивание магнитопровода трансформатора.

В этой схеме каждая фаза вторичной обмотки трансформа­тора и каждый вентиль работают в течение 1/6 части периода, так что период первой гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения в 6 раз меньше периода изменения тока питающей сети. Достоинством этой схемы выпрямления является малая амплитуда пульсации выпрямленного напряже­ния при достаточно высокой ее частоте. Основным недостатком однотактной шестифазной схемы является плохое использова­ние трансформатора, что приводит к существенному увеличе­нию его габаритной мощности.

Повышает использование трансформатора и вентилей схема (рис. 2.9,6), состоящая из двух трехфазных схем выпрямления, соединенных параллельно. Каждая фаза вторичной обмотки трансформатора и каждый вентиль работают в течение 1/3 час­ти периода, но частота первой гармоники пульсации напряже­ния и ее амплитуда на выходе выпрямителя соответствуют шес­тифазной схеме выпрямления. В этой схеме выпрямления габа­ритная мощность трансформатора значительно меньше, а ис­пользование вентилей лучше, чем в однотактной шестифазной схеме выпрямления, но суммарная масса и габаритные размеры двух дросселей L1 и L2 больше, чем у одного дросселя в шести­фазной схеме.

Шестифазная схема с уравнительным реактором (схема Кюблера) представляет собой два однотактных трехфазных выпрямителя (рис. 2.9,в), включенных на параллельную работу через уравнительный реактор L_y, к средней точке которого под­ключен дроссель L, определяющий индуктивный характер на­грузки. При изменениях токов в полуобмотках уравнительного реактора в них индуцируются ЭДС, направленные так, что ток в нагрузку протекает от двух фаз различных трехфазных обмо­ток одновременно, т. е. эти фазы работают параллельно и на­пряжение на выходе выпрямителя равно полусумме ЭДС этих фаз, а частота и амплитуда пульсации напряжения соответст­вуют шестифазной схеме выпрямления. По использованию вен­тилей и трансформатора эта схема подобна шестифазной схеме с двумя дросселями на выходе. Основным достоинством схемы с уравнительным реактором является возможность получения сравнительно высокого КПД выпрямителя при низких выход­ных напряжениях.

Еще одним примером шестифазной схемы выпрямления яв­ляется кольцевая схема (рис. 2.9,г). В этой схеме имеются две трехфазные вторичные обмотки. В момент, когда напряжение фазы а, имеет наибольшее положительное значение, а фаза Ь_г — наиболее отрицательное, ток будет протекать через фазу „ диод VD6, фазу Ь1 и нагрузку. Амплитуда напряжения на нагрузке t/_om=.|/3(/₂m, где V_lm — амплитуда напряжения фазы вторичной обмотки трансформатора. В любой момент времени работают две фазы различных трехфазных обмоток, причем каждая фаза вторичной обмотки работает в течение 1/3 части периода, а каждый вентиль — в течение 1/6 части периода. Не­достатком этой схемы выпрямителя является плохое использо­вание вентилей по току, так же как в однотактной шестифазной схеме выпрямления. Применяется кольцевая схема выпрямле­ния при больших токах нагрузки и напряжениях не менее не­скольких десятков вольт.

При больших мощностях для улучшения массогабаритных характеристик сглаживающих фильтров желательно увеличить число фаз выпрямления, что уменьшит амплитуду пульсации и повысит ее частоту. Для образования многофазных комбиниро­ванных схем выпрямления в качестве основной схемы может использоваться трехфазная мостовая схема выпрямления (схе­ма Ларионова). При нескольких трехфазных вторичных обмот­ках, ЭДС которых сдвинуты по фазе на 30, 20, 15, 10° и так да­лее, и при таком же количестве трехфазных выпрямительных мостов можно получать 12-, 18-, 24-, 36- и так далее фазные схемы выпрямления. Например, получить 12-фазную схему вы­прямления (рис. 2.10,а), состоящую из двух трехфазных вторичных обмоток, каждая из которых соединяется в зигзаг, и двух комплектов трехфазных выпрямительных мостов. Основ­ным недостатком многофазных комбинированных мостовых •схем выпрямления является значительное усложнение транс­форматора (множество обмоток и сложность их соединения).

Рис. 2.10. Двенадцатифазная схема вы- Рис. 2.11. Трехфазная

прямления схема при работе на ак-

тивную нагрузку

Дата добавления: 2014-01-07