Выпрямление трехфазного переменного тока.

Подразделяется на схему с выводом средней точки( схема Миткевича)-1906г

и мостовую схему (схема Ларионова ) - 1925. г

Рис.2.Схемы выпрямления трехфазного переменного тока.

Схема выпрямления со средней точкой( схема Миткевича ).

Схема изображена на рис.2.г

Схема производит однополупериодное выпрямление, т.к диоды отпираются под действием положительной или отрицательной полуволны синусоиды. К концу каждой из вторичных обмоток соединен анод вентиля. Катоды всех вентилей подсоединены к сборной шине, которая и является одним (в данном случае положительным) выводом выпрямителя. Второй вывод выпрямителя (отрицательный) берут от средней точки звезды вторичных обмоток трансформатора. К этим выводам и подключают нагрузку выпрямителя.

Из-за нелинейности характеристик вентилей ток в каждой из вторичных обмоток может проходить только в одну сторону. Через нагрузку проходит суммарный ток всех фаз (вентилей) вторичной обмотки, имеющий значительную постоянную составляющую (выпрямленный ток).

Если изменить полярность включения всех вентилей на обратную, т. е. подсоединить их катодами к концам вторичных обмоток, а анодами к сборной шине, то выпрямленное напряжение изменит свою полярность.

Параметры схемы

1. m=3

2. Kn=Um /U0=0,25

3. F вых =F вх *m=50*3=150Гц

4. Uобр =2,09*U0

5. Iср =0,33*Io

Достоинства схемы .

Может применяться для изготовления многофазных выпрямителей.

Недостаток.

1. Производиться вынужденное намагничивание сердечника до насыщения, т.к ток протекает по фазе в одном направлении. Это приводит к нагреву сердечника и потерям. КПД будет низкое.

2. Схема не может работать без трансформатора.

Мостовая схема Ларионова.

Схема изображена на рис.2.в.

Каждый момент времени открыты два диода под действием положительной и отрицательной полуволны синусоиды. Происходит двухполупериодное выпрямление.

Параметры схемы

1. m=6

2. Кп=Um/Uo=0.057

3. f вых.=f вх.*m=50*6=300 Гц.

4. Uобр.= 1.1 *Uo

5. I ср.= 0.33 * Io

Достоинства.

1. Схема не производит намагничивание сердечника до насыщения, т.к токи протекают по фазам в различных направлениях, значит нет потерь и КПД будет высокое.

2. Может работать без трансформатора, т.к. нет нулевого вывода у трансформатора.

3. Производит лучшее выпрямление, чем все остальные схемы.

Недостатки.

Не может применяться на малой мощности, т.к на двух открытых диодах большие потери. Схема Ларионова получила применение во всех выпрямителях предприятий связи.

Управляемые выпрямители.

Управляемыми выпрямителями называются выпрямителями, которые собраны на тиристорах.

Управляемые выпрямители выполняют две функции:

1. Выпрямление переменного тока в постоянный ток.

2. Стабилизация выпрямленного тока и напряжения.

Управляемые однофазные выпрямители

Управляемые однофазные выпрямители собираются на двух диодах и двух тиристорах.

Выпрямительная схема производит выпрямление переменного тока в постоянный пульсирующий ток, который протекает по нагрузке. Стабилизация выпрямленного напряжения производиться при помощи тиристоров, т.к выходное напряжение зависит прямопропорционально от времени работы тиристоров. С увеличением времени работы увеличивается выходное напряжение и наоборот. Для управления временем работы тиристоров применяется фазосдвигающая цепь R3С1. Управление временем зарядки конденсатора С1 производится при помощи переменного резистора R3, a в реальных схемах вместо R3 устанавливается УПТ. Время зарядки конденсатора С1 (tзар.= 3* τ =3* R3*C1) определяет задержку включения тиристоров. Угол задержки, отсчитываемый от момента естественного включения тиристоров и выраженный в электрических градусах, называется углом управления и обозначается буквой α Зависимость выходного напряжения от угла регулирования α называется регулировочной характеристикой.

Uвых

α

Управляемые трёхфазные выпрямители

Собирается по схеме Ларионова на 6 тиристорах, они выполняют выпрямление и стабилизацию. Применяются в выпрямителях серии ВУТ.

Схема Ларионова.

Сглаживающие фильтры.

При выпрямлении переменного тока получают пульсирующий постоянный ток, который вызывает помехи при питании аппаратуры связи, т.к содержит постоянную составляющую и переменную составляющую.

Чтобы устранить помехи, необходимо сгладить пульсацию, т.е выделить постоянную составляющую и подавить переменную составляющую. Для сглаживания пульсации применяют сглаживающий фильтр.

Понятия о допустимой пульсации.

Сглаживание пульсации производятся до допустимой пульсации. Допустимой называется пульсация, не вызывающая ощутимые помехи. Допустимая пульсация определяется опытным путем для каждой аппаратуры связи и фиксируется в ГОСТ 5237-83, принятый в 1983 году. Самая требовательная к пульсации является телефонная аппаратура, т.к связаны со слышимостью. Допустимая пульсация для телефонной аппаратуры равняется 5 мВ, измеренное псоффометром. Псоффометры измеряют на низких частотах, а на всех остальных – электронный вольтметр.

Характеристики фильтра.

Коэффициент фильтрации показывает во сколько раз уменьшается переменная составляющая проходя через фильтр. Фильтр уменьшает постоянную составляющую и в результате влияет на коэффициент фильтрации. Вводиться коэффициент сглаживания.

q = Кп1 / Кп2= (Um1 / Uo1) / ( Um2 /Uo2 ) = (Um1 /Um2) / (Uo2/Uo1) = Kф / Кп

где q- коэффициент сглаживания;

Кп1,Кп2- коэффициент пульсации до фильтрации и после фильтрации;

Um1,Um2 – амплитудное значение первой гармоники до фильтрации и после фильтрации.

Uo1,Uo2 – среднее значение выпрямленного напряжения до фильтрации и после фильтрации

Кф – коэффициент фильтрации, Кп – коэффициент передачи

Кп =1 ( в идеале), тогда q = Кф;

Виды сглаживающих фильтров

1.LC- фильтры

2.Транзисторные фильтры

3.Фильтр из аккумуляторной батареи.

LC- фильтры

1.Однозвенные LC- фильтры.

2.Многозвенный LC-фильтр.

3.Резонансные LC- фильтры.

.Однозвенные LC- фильтры

Подразделяются по форме на Г- образные, П-образные, Т- образные и составляются из дросселей и конденсаторов. Х_L оказывает сопротивление переменному току и соединяется последовательно с нагрузкой, X_C оказывает сопротивление постоянному току и соединяется параллельно с нагрузкой, поэтому должно быть Х_L >>R_Н, X_C <<R _Н. Применение получили Г-образные фильтры (Рис.3), т.к. имеют малые габариты и потери. Коэффициент сглаживания определяется по формуле: q_n=ώ_n² LC-1, q_n < = 25, собранный из стандартных деталей, при q >25 применяются многозвенные фильтры.

Рис.3. Однозвенный Г-образный фильтр.

Многозвенные фильтры

Составляются из однозвенных Г-образных фильтров путем последовательного соединения. Общий коэффициент фильтрации определяется путем умножения коэффициента фильтрации всех звеньев (Рис 4). q _общ.= q _{1 *}q _{2 *}…_*q _n

Рис 4. Многозвенные фильтры

Резонансный фильтр.

Предусмотрен для сглаживания первой гармоники, на частоту которой настроен контур. Для остальных гармоник предусматриваются дополнительные фильтры из дросселя и конденсатора. Обычно резонансные фильтры настроены на частоту первой гармоники. В зависимости от конденсатора они подключаются с параллельным и последовательным контуром. В параллельном контуре (Рис.5 ) в момент резонанса сопротивление максимально, поэтому резонансная гармоника не проходит, для остальных гармоник сопротивление минимально. Для них подключают фильтры из дросселей и конденсаторов, для последовательного контура происходит наоборот.

Рис.5 Резонансный фильтр с параллельным контуром.

Транзисторный фильтр.

LC-фильтры не могут выполняться в интегральном исполнении из-за дросселя, поэтому дроссель заменяют транзистором и получают фильтр в виде микросхемы. Для получения тока Iк=const рабочая точка выбирается на пологой части выходной характеристики транзистора. Переменный ток протекает через конденсатор С и резистор R. Сопротивление резистора должно быть меньше сопротивления нагрузки. R<< Rн.

Коэффициент фильтрации определяется:

Кф=(r_б² _/ r_к²_+Хс²/ r_к² +х_с²/ R² + 2х_с²/R r_k) ^-1/2

Где Хс=1/ m 2πfC; r_{k ,}r_б –сопротивления коллектора и базы транзистора.

Недостаток транзисторного фильтра - малое КПД=40%- 60% и зависимость выходного напряжения от входного.

Фильтры из аккумуляторной батареи.

Аккумулятор имеет малое сопротивление переменному току и большое сопротивление постоянному току и является дополнительным фильтром при работе параллельно с выпрямителем в буферной системе питания.