Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя

 

Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя - это зависимость средневыпрямленного значения напряжения U_{0 a} от угла регулирования a. Для стабилизации выходного напряжения в управляемом выпрямителе используют фазовый способ регулирования. При возрастании входного напряжения U_сети или уменьшении тока нагрузки увеличивают угол регулирования α для поддержания постоянства напряжения в нагрузке U_{0 a} в заданных пределах.

Регулировочная характеристика строится согласно выражению

 

U _0α = U ₀ .

 

Необходимо построить регулировочную характеристику управляемого выпрямителя.

 

Выбор диодов и тиристоров

Диоды и тиристоры выбираются по допустимому прямому тока I _пр.доп и амплитудному обратному напряжению U _{обр. max}.

I _пр.доп ≥ I _ср.VD / K_I

U _{обр. max} ≥ U_{max .VD} / K_U,

 

где I _пр.доп., U _{обр. max} – паспортные данные тиристора (диода).

K_I, K_U – коэффициенты использования вентиля, K_I = K_U = (0,7÷0,8).

 

Для выбора диодов:

 

I _пр.доп ≥ I _ср.VD / K_I

 

U _{обр. max} ≥ U_{max . VD} / K_U.

 

 

Для выбора тиристоров:

I _пр.доп ≥ I _ср.VS / K_I,

 

где I _{ср. VS} = k ₁ I _{ср. VD} (так как U _0α = k ₁ U ₀); I _{ср. VD} = ; I ₀ = .

U _{обр. max} ≥ U_{max . VS} / K_U,

где U _{max. VS} = U _{2 m max}.

1.6 Пороговое значение напряжения U_пор.VS и динамическое сопротивление R_{д. VS} прямой ветви вольт-амперной характеристики у выбранных диодов и тиристоров

 

 

Пороговое значение напряжения на диоде:

U_{пор. VD} = U _пр,

где U _пр – значение прямого падения напряжения на диоде, паспортная величина выбранных диодов.

Динамическое сопротивление диода:

 

R _{д. VD} = ,

где I _пр. – предельное значение прямого тока выбранного диода, паспортная величина.

Пороговое значение напряжения на тиристоре:

 

U_{пор. VS} = U _пр.,

где U _пр – значение прямого падения напряжения на тиристоре, паспортная величина выбранных тиристоров.

Динамическое сопротивление тиристора:

 

R _{д. VS} = ,

где I _пр. – предельное значение прямого тока выбранного тиристора, паспортная величина.

Сглаживающие фильтры

 

 

Сглаживающий фильтр – устройство для уменьшения пульсаций. Применяется для получения напряжения на нагрузочном устройстве (на выходе стабилизатора) с необходимым значением коэффициента пульсаций q _Ф.

Простейшими фильтрами являются конденсатор, включаемый параллельно нагрузке, и дроссель, включаемый последовательно с нагрузкой (рис. 10, а, б).

При наличии емкостного фильтра С, включенного параллельно нагрузке R ₀, в положительный полупериод входного сигнала конденсатор заряжается через открытые диоды VD 2, VD 3 до амплитудного значения напряжения U _{2 max} (интервал времени t ₁ – t ₂). В интервале времени t ₂ – t ₃ мгновенное значение напряжения на конденсаторе u_С > u _{2 С} , диоды VD 2, VD 3 закрыты, конденсатор разряжается через нагрузочный резистор R ₀. В момент времени t ₃ напряжение u_С становится равным u _{2 С} , конденсатор вновь начинает заряжаться через открытые диоды VD 1, VD 4, и т. д.

Таким образом, при наличии емкостного фильтра напряжение на нагрузке не уменьшается до нуля, а пульсирует в некоторых пределах, увеличивая среднее значение выпрямленного напряжения U ₀.

Временные диаграммы тока и напряжений выпрямителя приведены на рис. 10, в, г.

Разряд конденсатора определяется постоянной времени τ _с = R ₀ С. Такие фильтры целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором при небольшой мощности выпрямителя.

Коэффициент пульсаций на выходе емкостного фильтра

 

,

 

где f _осн. – частота основной гармоники.

Катушка индуктивности (дроссель) включается последовательно с нагрузкой.

При включении индуктивного фильтра изменяется форма тока, проходящего через нагрузку.

Постоянная времени дросселя

 

.

 

 

 

Рис.10. Влияние фильтров на работу выпрямителей: а – схема выпрямителя с емкостным фильтром; б – схема выпрямителя с индуктивным фильтром; в, г – графики, поясняющие работу выпрямителей с фильтрами

 

Коэффициент пульсаций на выходе индуктивного фильтра

 

q _ф = .

 

Работа фильтра основана на том, что в дросселе вследствие изменения тока возникает ЭДС самоиндукции, направленная в сторону, противоположную току при его увеличении, и в сторону, совпадающую с током при его уменьшении. Таким образом, ток выравнивается, т.е. происходит сглаживание пульсаций. Обычно индуктивность L ₀ выбирают исходя из условия L ₀ / R ₀» Т, где Т - период переменной составляющей выпрямленного напряжения.

Индуктивный фильтр работает более эффективно при больших нагрузках, то есть малых значениях R ₀. Коэффициент пульсаций в таком фильтре с уменьшением R ₀ уменьшается, отсюда и вытекает целесообразность его использования при больших токах нагрузки.

Недостатком индуктивного фильтра являются скачки обратного напряжения на диодах из-за возникающих ЭДС самоиндукции.

Для устранения указанного недостатка в схему выпрямителя включают диод в обратном направлении по отношению к нагрузке.

Чем больше значение L ₀ или меньше R ₀, тем эффективнее работа фильтра. Индуктивные фильтры обычно применяют в трехфазных выпрямителях средней и большой мощности с малым значением сопротивления нагрузки.

Коэффициент сглаживания характеризует эффективность действия фильтра

,

 

где q – коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя (на входе фильтра), q _ф – коэффициент пульсаций на выходе фильтра.

Простейшими многозвенными фильтрами являются Г-образные фильтры LС -типа и RC -типа (рис. 11), они обеспечивают большее уменьшение пульсаций, что объясняется совместным действием дросселя и конденсатора.

Параметры LC -фильтра рассчитываются исходя из условия

 

.

 

 

 

Рис. 11. Г-образные фильтры LС - и RC -типа

Значением одного из параметров (индуктивностью или ёмкостью) задаются.

Параметры R _ф C – фильтра рассчитываются по формуле:

 

.

 

Для достижения малых значений пульсаций применяются П-образные фильтры (рис. 12).

Коэффициент сглаживания П-образного сглаживающего фильтра определяется из условия

,

где и - коэффициенты сглаживания С -фильтра и Г-образного фильтров.

 

Рис. 12. П-образные сглаживающие фильтры