Классификация выпрямителей и основные расчетные параметры схем выпрямления
Выпрямитель может быть представлен в виде структурной схемы, показанной на рис.45.3. Силовой трансформатор 1служит для согласования входного и выходного напряжений выпрямителя. Трансформатор одновременно электрически разделяет питающую сеть и сеть нагрузки. Блок вентилей 2 осуществляет функцию выпрямления переменного тока. Сглаживающий фильтр 3является звеном, уменьшающим пульсации выпрямленного тока в цепи нагрузки 4. В случае управляемого выпрямителя в структуру схемы входит еще блок 5, содержащий систему управления вентилями и систему автоматического регулирования (САР). Для защиты самого выпрямителя от повреждения в аварийных режимах его схема содержит систему защиты и сигнализации 6 (СЗС).
Рис.45.3. Структурная схема выпрямителя
В некоторых случаях отдельные описанные выше звенья в схеме выпрямителя могут отсутствовать.
Полупроводниковые выпрямители могут быть классифицированы по следующим основным признакам:
- по выходной мощности: установки малой (единицы киловатт), средней (десятки киловатт) и большой мощности. Подобное разделение в количественном отношении носит, конечно, условный характер;
- по числу фаз источника питания: выпрямители однофазного тока; выпрямители трехфазного тока;
- по возможностям регулирования: неуправляемые выпрямители; управляемые выпрямители.
Выпрямители однофазного и трехфазного тока в зависимости от схемы включения вентилей и схемы соединения обмоток трансформатора в свою очередь подразделяются на различные типы (схемы со средней точкой, мостовые и т. д.).
Иногда выпрямители классифицируют и по ряду других признаков: по напряжению (низкого, среднего и высокого напряжений); по частоте выпрямляемого тока.
Разделение выпрямителей по мощности имеет значение для выбора схемы выпрямления, типа применяемых вентилей и метода расчета параметров элементов схемы.
Полупроводниковые выпрямители однофазного тока обычно выполняются по схеме со средней точкой (рис.45.4, а) и по мостовой схеме (рис.45.4, б). Основная область применения этих схем – установки малой и средней мощности. Иногда однофазная мостовая схема используется и в установках большой мощности, например в электрифицированном транспорте.
В большинстве случаев выпрямители средней и большой мощности питаются от сети трехфазного тока. При трехфазном питании в зависимости от схемы включения вентилей и схемы соединения обмоток трансформатора можно получить трех-, шести- или двенадцатифазное выпрямление (фазность выпрямления в данном случае определяется по частоте пульсаций в кривой выпрямленного напряжения).
Из большого числа известных схем выпрямления трехфазного тока практически применяются следующие схемы:
а) трехфазная схема со средней точкой;
б) шестифазная схема с уравнительным реактором;
в) трехфазная мостовая схема.
а б в
г д
е ж
Рис.45.4. Принципиальные схемы выпрямителей
Трехфазная схема со средней точкой (рис.45.4, в) иногда используется в установках средней мощности. Эта схема является также составным элементом других, более сложных схем (например, шестифазной схемы с уравнительным реактором). Шестифазная схема с уравнительным реактором (рис.45.4, г) и трехфазная мостовая схема (рис.45.4, д) применяются в установках средней и большой мощности. Эти схемы обеспечивают шестифазное выпрямление, отличаются высокими технико-экономическими показателями.
Выпрямление с двенадцатикратной пульсацией выходного напряжения может быть получено путем последовательного или параллельного соединения схем, изображенных на рис.45.4, г, д. Такие комбинированные схемы (рис.45.4, е и ж), сохраняя достоинства схем, из которых они компонуются, позволяют существенно улучшить форму кривой тока, потребляемого из питающей сети, и уменьшить пульсации в кривой выпрямленного напряжения.
При проектировании и разработке выпрямителей необходимо произвести расчет схемы выпрямления с целью выявления условий работы ее основных элементов и определения их параметров. Основными исходными данными для расчета выпрямителя являются выпрямленное напряжение Ud и ток Id (средние значения), а также действующее значение напряжения питающей сети. В процессе расчета подлежат определению:
а. Параметры, характеризующие условия работы вентилей.
1. Средний Ivср и действующий Iv токи через вентиль при номинальной нагрузке и возможных перегрузках.
2. Максимальное обратное напряжение на вентиле U vm.
3. Максимальное прямое напряжение на вентиле Uпр..м (в случае применения тиристоров).
б. Определяющие параметры трансформатора.
1. Действующие значения напряжения и тока вторичной обмотки трансформатора U 2ф и I2-
2. Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора I1.
3. Полная мощность каждой из обмоток (S1; S2) и полная расчетная (типовая) мощность трансформатора SТ.
Основными величинами, характеризующими эксплуатационные свойства выпрямителей, являются:
- средние значения выпрямленного напряжения и тока Ud, Id;
- коэффициент полезного действия η;
- коэффициент мощности ;
- внешняя характеристика – зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки Ud = f (Id);
- регулировочная характеристика – зависимость выпрямленного напряжения от угла регулирования Ud = f (α);
- коэффициент искажения – отношение действующего значения тока основной гармоники к действующему значению полного тока первичной обмотки трансформатора Ки = ν = I1(1)/I;
- коэффициент пульсаций – отношение действующего значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения (тока) к среднему значению выпрямленного напряжения (тока)
;
– коэффициент гармоник, равный отношению действующего значения высших гармоник к действующему значению основной гармоники тока. При отсутствии постоянной составляющей
.
Основные расчетные соотношения схем выпрямления приведены в табл. 45.1.
Дата добавления: 2015-05-30; просмотров: 3010;