Внешние характеристики выпрямителей

Трехфазные выпрямители

Трехфазные выпрямители применяют как выпрямители средней большой мощностей. Существует два основных типа выпрямителей: нейтральным выводом и мостовой.

На рис. 9а изображена схема трехфазного выпрямителя нейтральным выводом. В него входят: трехфазный трансформатор, (обмотки которого соединены звездой, три диода, включенные в каждую изфаз трансформатора, и нагрузочный резистор R_н.

Работу выпрямителя удобно рассматривать с помощью времен-ix диаграмм, представленных на рис. 9 б. Из рисунка видно, что диоды работают поочередно, каждый в течение трети периода, когда потенциал начала одной из фазных обмоток (например, а) более положителен, чем двух других (bи с). Выпрямленный ток в нагрузочном резисторе R_H создается токами каждого диода, имеет одно и то же направление и равен сумме выпрямленных токов каждой из фаз: i_н=i_a+i_b+i_c.

В нагрузочном токе i _н этого выпрямителя пульсации значительно меньше по

сравнению с однофазным выпрямителем.

Средний и максимальный прямой ток диодов определяется выражением:

Коэффициент пульсаций равен 0,25

Среднее значение выпрямленного напряжения, как для однофазного выпрямителя:

Максимальное обратное напряжение на каждом закрытом диоде равно амплитудному значению линейного напряжения:

Трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом служит для питания нагрузочных устройств, в которых средние значения выпрямленного тока доходят до сотен ампер, а напряжение до десятков киловольт. Достоинством такого выпрямителя является достаточно высокая надежность, что определяется минимальным количеством диодов. К недостаткам следует отнести подмагничивание сердечника трансформатора

постоянным током, что приводит к снижению к.п.д.

Рис.9

Трехфазный мостовой выпрямитель по всем показателям превосходят рассмотренный ранее трехфазный выпрямитель (Рис. 10а).

Это схема Ларионова. Выпрямитель содержит мост из шести диодов. Диоды Д1, Д3, Д5 образуют одну группу, а диоды Д2, Д4, Д6 – другую. Общая точка первой группы диодов образует положительный полюс на нагрузочном резисторе R_н, а общая точка второй группы – отрицательный полюс на нем. В этом выпрямителе в каждый момент времени ток в нагрузочном резисторе и двух диодах появляется тогда, когда к этим диодам приложено наибольшее напряжение. Например, в интервал времени t₁- t₂ (Рис. 10б)

Рис.10

ток возникает в цепи диод Д₁— нагрузочный резистор R_н — диод Д₄,так как к этим диодам приложено линейное напряжение u_аb которое в этот интервал времени больше других линейных напряжений. В интервал времени t₂ — t₃ открыты диоды Д₁,Д₆, так как к ним приложено наибольшее в это время линейное напряжение u_ас и т. д. Нетрудно видеть, что во все интервалы времени токи в нагрузочном резисторе R_H имеют одно и то же направление.

Из временных диаграмм рис. 10 б видно, что пульсации выпрямленного напряжения значительно меньше, чем в трехфазном выпрямителе с нейтральным выводом. Для трехфазного мостового выпрямителя разложение кривой напряжения (рис. 10 б) в ряд Фурье приводит к выражению:

Коэффициент пульсаций равен 0,057

Среднее значение выпрямленного напряжения в рассматриваемом выпрямителе в два раза больше, чем в выпрямителе с нейтральным выводом:

U_{н. ср.}= U_2лcos wt dwt = U_2л = U₂ » 2,34U₂

где U_2л— линейное напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

Как и в трехфазном выпрямителе с нейтральным выводом, максимальное кратное напряжение здесь равно амплитудному значению линейного напряжения. Однако по отношению к среднему выпрямленному напряжению в мостовом выпрямителе оно в два раза меньше:

U_{обр. max} = U_{p max} » 1,045U_{н. ср}

Следовательно, диоды в данном выпрямителе можно выбирать по обратному напряжению, близкому к U_н, _ср. К.п.д. выпрямителя А. Н. Ларионова больше, чем к.п.д.. выпрямителя с нейтральным выводом, так как в мостовом выпрямителе нет подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током.

Внешние характеристики выпрямителей

Внешней характеристикой выпрямителя называют зависимость напряжения на нагрузочном устройстве от тока в нем: Uн=f (I_н).

Наличие такой зависимости обусловлено тем, что в реальном выпрямителе сопротивления диодов и обмоток трансформатора не равны нулю, а имеют конечные значения. На этих сопротивления от выпрямленного тока I_н создается падение напряжения, приводящее к уменьшению напряжения U_н.

В выпрямителе без фильтра напряжение U_н и нагрузочный токсвязаны между собой соотношением

U_н=U_н._x- (R_пр + R_тр)I_н,

где U_н.х — напряжение на нагрузочном устройстве при I=0На рис. 11 изображена зависимость U_н=f(I_н) выпрямителе без фильтра (кривая 1). Как видно, кривая 1 нелинейна, что объясняется нелинейным характером вольт-амперной характеристики диода, т. е. зависимостью R_пр от тока.

Кривая 2 на рис. 11 соответствует выпрямителю с емкостным фильтром. При I_н=0 кривая берет свое начало из точки на оси ординат, соответствующей напряжению U_2m=U₂ , так как в отсутствие тока I_н конденсатор С_ф заряжается до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки u₂. С ростом тока нагрузки I_н кривая 2 спадает быстрее, чем кривая 1, что объясняется не только увеличением падения напряжения на вторичной обмотке трансформатора и прямом сопротивлении диода, но и уменьшением постоянной времени разряда τ_разр.= R_нС_ф, обуславливающим дополнительное снижение среднего значения выпрямленного напряжения U_н. При увеличении R_н кривая 2 будет ассимптотически

Рис. 11

стремиться к кривой 1и при I_н=0 они придут в одну точку на оси абсцисс.

Внешняя характеристика Г-образного RС-фильтра (кривая 3 на рис. 11) имеет еще более крутой наклон, чем кривая 2. Это вызвано дополнительным падением напряжения на последовательно включенном резисторе R_ф