Управляемые трёхфазные выпрямители

Собирается по схеме Ларионова на 6 тиристорах и выполняют выпрямление переменного тока и стабилизацию выпрямленного напряжения и тока. Применяются в выпрямителях серии ВУТ.

Глава 3. 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. пассивные-LC- фильтры;

2. резонансные LC- фильтры;

3. пассивные-RC- фильтры;

4. фильтр из аккумуляторной батареи;

5. активные - транзисторные.

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.

          Рис.14. Однозвенный Г-образный фильтр

Применение получили Г-образные фильтры (Рис.14), 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.

Фильтр используется при большой мощности нагрузки. К достоинствам фильтра относится: малые габаритные размеры, малая зависимость коэффициента сглаживания от изменений тока нагрузки (различный характер зависимости q от Iн для реактивных элементов взаимно компенсирует влияние).

 Недостатки:

В таких, фильтрах возникают переходные процессы, усложняющие работу, как потребителя, так и источника питания, дроссели фильтров имеют большие габаритные размеры и массу, а их индуктивность, следовательно, коэффициенты сглаживания зависят от тока нагрузки. При включении и отключении сети, а также при резких изменениях нагрузки в фильтре возникают переходные процессы, которые могут привести к перенапряжениям и броскам тока в элементах фильтра и выпрямителя. Возникновение переходных процессов связано с изменением во времени запасов электромагнитной энергии, накапливаемой в таких энергоемких элементах, как катушки индуктивности

 

Многозвенные фильтры

Составляются из однозвенных Г-образных фильтров путем последовательного соединения.

                                                 

Рис.15. Многозвенные фильтры

Общий коэффициент фильтрации определяется путем умножения коэффициента фильтрации всех звеньев (Рис 15).

 q _общ.= q _{1 *}q _{2 *}…_*q _n    

Резонансные фильтры.

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.16) 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 (Рис17).

Рис.16 Резонансный фильтр с параллельным контуром (фильтр-пробка).

Рис. 17. Резонансный фильтр с последовательным контуром (режекторный фильтр)

Основное достоинство резонансного фильтра – более высокий коэффициент сглаживания, чем у раннее описанных LC-фильтров.

 К недостаткам относятся зависимость коэффициента сглаживания от частоты сети, зависимость индуктивности дросселя от тока нагрузки и малое значение коэффициента сглаживания для высших гармоник выпрямленного тока.

Для ослабления напряжения высших гармоник последовательно с основным резонансным контуром включается ряд контуров, настроенных на их частоты.

Эффективность работы резонансных сглаживающих фильтров, характеризуемая величиной коэффициента сглаживания пульсаций, зависит от точности совпадения частоты пульсаций выпрямленного напряжения ω_п с собственной частотой LC-контура – ω_о. обеспечение условия ω_о = ω_п = р ω возможно лишь при высокой стабильности частоты сети.

Активный фильтр

LC-фильтры не могут выполняться в интегральном исполнении из-за дросселя, поэтому дроссель заменяют транзистором и получают фильтр в виде микросхемы (Рис.18). 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.

Рис.18.Схема активного-транзисторного фильтра

Коэффициент фильтрации определяется:

Кф=(r_б² _/ r_к²_+Хс²/ r_к² +х_с²/ R² + 2х_с²/R r_k) ^-1/2Где Хс=1/ m 2πfC; r_k,r_б –сопротивления коллектора и базы транзистора

К достоинствам активных фильтров относят:

1. высокие качественные и энергетические показатели;

2. широкий диапазон частот;

3. простота конструкции;

4. малая зависимость коэффициента сглаживания от изменений тока нагрузки;

5. малые магнитные поля из-за отсутствия индуктивности в схеме фильтра;

6. отсутствие опасных режимов при возникновении переходного процесса, т.к. нет перенапряжения при “сбросе” тока нагрузки.

К недостаткам схемы можно отнести: снижение к.п.д. устройства при увеличении тока нагрузки из-за увеличения потерь на транзисторе; необходимость защиты транзистора в переходных режимах.