3. Расчётные соотношения в неуправляемых выпрямителях

Неуправляемый выпрямитель характеризуется рядом показателей к которым относятся, выходное напряжение – U ₀, коэффициент пульсаций – К_П, частота первой гармоники пульсаций – f_п, коэффициент выпрямления и др.

Простейший выпрямитель (рис. 3.15, пульсность р=1

Мгновенное напряжение U_d на интервале подчиняется закону косинуса (повторяет напряжение U₂)

Среднее значение выходного напряжения равно

. (3.10)

Отношение называют коэффициентом выпрямления. Он показывает степень использования трансформатора. Для нашего случая

т.е. довольно низкая величина.

Найдём теперь коэффициент пульсаций по первой гармонике.

Если грубо принять напряжение U_d гармоническим и считать, что его амплитуда , то . Поэтому, такие схемы без сглаживающих фильтров не используют.

Обратное напряжение на вентиле равно U_обр = U_m2.

Для двухфазной однотактной схемы (рис. 3.17 пульсность р=2).

Среднее значение (постоянная составляющая) выходного напряжения (рис.3.24 б) равно

Коэффициент выпрямления равен

Если грубо принять напряжение U_d гармоническим и считать, что , то . Если же периодическую кривую напряжения Ud разложить в ряд Фурье и выделить первую гармонику, то получим К_П = 0,667. Это соответствует аналитическому выражению

,

которое справедливо при .

3. Схемы пассивных сглаживающих фильтров и их характеристики

Сглаживающий фильтр включается между выходом выпрямителя и нагрузкой, представляет собой ФНЧ и служит для сглаживания пульсаций (выделения постоянной составляющей – U₀) выходного напряжения. Фильтры бывают пассивные и активные.

Пассивные сглаживающие фильтры Их сглаживающее действие основано на накоплении энергии в реактивных элементах от сети в моменты её максимума и передачи в нагрузку в моменты её минимума. Основные схемы пассивных фильтров приведены на рис.3.25.

Рисунок 3.25 – Схемы пассивных сглаживающих фильтров

Сглаживающий фильтр характеризуется коэффициентом сглаживания пульсаций, под которым понимают отношение коэффициента пульсаций на входе к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра [3]:

(3.23)

Отношение постоянной составляющей на выходе к постоянной составляющей на входе называют КПД фильтра, тогда

, (3.24)

где – КПД фильтра.

В общем случае, сглаживающий фильтр является частотно зависимым делителем напряжения Z₁ и Z₂, как показано на рис.3.26.

3. Индуктивный характер нагрузки выпрямителя

Постановка пассивного сглаживающего фильтра на выходе выпрямителя существенно влияет на физические процессы в самом выпрямителе. Индуктивный характер имеет место при работе выпрямителя на фильтр, начинающийся с индуктивности или на обмотку реле, контактора, обмотки возбуждения электрических машин и др. Схема простейшего выпрямителя с индуктивным характером нагрузки приведена на рис.3.34. В этих схемах, как правило, выполняется условие >> т.е. индуктивное сопротивление дросселя на частоте пульсаций больше сопротивления нагрузки. Известно, что ток в индуктивности отстаёт от напряжения на π/2 и процесс нарастания и спада тока заканчивается в пределах одного периода.

Ток в цепи (i₂) несинусоидален, так как кроме ЭДС вторичной обмотки в ней действует ЭДС индукции дросселя .

При увеличении тока происходит накопление энергии в магнитном поле дросселя, а при уменьшении тока – освобождение этой энергии.

Таким образом, результатом включения индуктивности является “затягивание” тока вентиля. Угол протекания тока зависит от постоянной времени , где R=R_Н + r_Д + r₂, r_Д - сопротивление диода, r₂ - омическое сопротивление вторичной обмотки трансформатора (рис.3.35).По выпрямителям с индуктивным характером нагрузки можно сделать следующие выводы:

1. Индуктивная составляющая сопротивления и нагрузки должна быть соизмерима с Rн (иначе КПД будет низким).

2. Форма кривой тока вентиля приближается к прямоугольной.

3. Длительность работы каждой фазы не зависит от индуктивности в цепи нагрузки, а определяется числом фаз выпрямления (пульсностью) и индуктивностью рассеяния трансформатора.

4. Наличие индуктивности рассеяния приводит к перекрытию токов фаз, при этом U₀ снижается, а пульсации на входе сглаживающего фильтра возрастают.