10.Каскадные схемы выпрямления. Работа неуправляемого выпрямителя на нагрузку индуктивного характера.

Каскадные схемы выпрямления

В системах электропитания достаточно широкое применение на­ходят так называемые каскадные (комбинированные) схемы выпрям­ления, позволяющие обеспечить повышение частоты первой гармони­ки пульсации и тем самым уменьшить размеры сглаживающих филь­тров. Каскадные схемы по существу представляют собой комбина­цию нескольких классических схем выпрямления, включенных меж­ду собой по выходу параллельно или последовательно и работающих на общую нагрузку. Причем выходные напряжения этих классиче­ских схем сдвинуты друг относительно друга по фазе. Кроме того, применение каскадных схем позволяет в отдельных случаях умень­шить потери в вентильном комплекте по сравнению с классическими схемами.

Примером каскадной схемы может служить схема выпрямления, представленная на рис. 3.8,а (схема Кюблера). Эта схема выпрямле­ния представляет собой два классических трехфазных однотактных выпрямителя, выходные напряжения которых и'₀₁ и u''₀₁ сдвинуты друг относительно друга на угол 2π/6. Для того чтобы обеспечить этот сдвиг по фазе, вторичные обмотки трансформатора Т одного классического выпрямителя при соединении по схеме звезда С вы­веденной нейтралью объединяются между собой концами (верхняя обмотка на рис. 3.8,а), тогда как для второго выпрямителя-—■ на­чалами. Нейтральные точки двух этих выпрямителей соединяются между собой, образуя отрицательный полюс выходного напряжения uo₁ выпрямителя.

Работа неуправляемого выпрямителя на нагрузку индуктивного характера.

Рассмотрим влияние сопротивлений силовой цепи выпрямителя на среднее значение выходного напряжения на примере однофазной, однотактной, двухполупериодной схемы выпрямления (рис. 3.9,а).

Выясним сначала влияние индуктивности L_K на работу выпря­мителя, предполагая, что диоды идеальные, активное сопротивле­ние выпрямителя R_a равно нулю, а индуктивность обмотки дросселя L —> со.

Индуктивность L_K в цепи каждой из фаз вторичной обмотки трансформатора представляет собой индуктивность фазы вторичной обмотки (обусловленную полями рассеяния) и индуктивность пер­вичной обмотки (обусловленную полями рассеяния), пересчитанную в цепь вторичной обмотки.

Наличие индуктивности L_K в цепи каждой из фаз вторичной об­мотки трансформатора приводит к тому, что диоды не могут пере­ключаться мгновенно, как это предполагалось ранее при анализе ра­боты идеальных выпрямителей. Процесс переключения (перекрытия фаз) начинается с момента равенства ЭДС фаз вторичных обмоток трансформатора (с момента w\t = 0 на рис. 3.9,6) и заканчивается при снижении до нуля тока фазы, завершающей работу (фазы а). Для интервала переключения (при принятом допущении L —> со) справедливы следующие соотношения:

Таким образом, до начала переключения (w\t < 0) был открыт только диод VD1 и напряжение на выходе выпрямителя совпадало с ЭДС е_2а (рис. 3.9,6). По окончанию переключения от­крыт только диод VD2 и напряжение u₀₁ совпадает с ЭДС е₂ь- На интервале переключения напряжение u₀₁, равное полусумме мгно­венных значений ЭДС коммутируемых фаз, для данной схемы вы­прямления равно нулю.

Из (3.10) можно получить выражение для тока, вступающей в работу фазы Ь, действительно,

Переключение (перекрытие фаз) приводит к уменьшению сред­него значения выходного напряжения выпрямителя на величину за­штрихованной на рис. 3.9,б площади AUqi,/ Следует отметить, что при наличии индуктивности £_к значе­ние коэффициента пульсации по первой гармонике оказывается выше значений, полученных ранее для идеальных выпрямителей.

Активное сопротивление R_а, включенное в каждую из фаз вто­ричной обмотки трансформатора, представляет собой сумму актив­ной составляющей сопротивления короткого замыкания R_к транс­форматора Т (см. разд. 2.2.3) и сопротивления прямой ветви ВАХ диода. При кусочно-линейной аппроксимации прямой ветви ВАХ ди­ода она может быть представлена дифферециальным сопротивлени­ем Rvd и пороговым напряжением U_n.