2.5.3 Управляемые выпрямители со ступенчатым регулированием вторичного напряжения

Если диапазон изменения напряжения на нагрузке меньше либо равен двум, то для уменьшения пульсаций и улучшения энергетических показателей выпрямителя применяют выпрямители со ступенчатым регулированием вторичного напряжения. Улучшение коэффициента мощности обеспечивается за счет перехода к меньшим значениям вторичного напряжения трансформатора по мере снижения выпрямленного напряжения, что позволяет работать с меньшими углами.

Рис. 1.6.7.

При двух ступенях вторичного напряжения регулирование выпрямленного напряжения осуществляется в два этапа. В схеме однофазного двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом, рисунок 1.6.7, на первом этапе внутренние вентили , включаются с углом , а внешние вентили VS₁, VS₂ с регулируемым углом  = 0…180.

Рис. 1.6.8.

На втором этапе вентили VS₁, VS₂ не включаются, а дальнейшее снижение выпрямленного напряжения обеспечивается за счет регулирования углов включение тиристоров , , рисунок 1.6.8, а.

Увеличение числа отводов трансформатора позволяет улучшить коэффициент мощности в большом диапазоне изменения выпрямленного напряжения, однако это достигается за счет усложнения трансформатора и увеличения числа вентилей. Схема также позволяет уменьшить величину сглаживающего дросселя, обеспечивающего режим непрерывного тока.

Рис. 1.6.9.

Принцип работы трехфазных выпрямителей со ступенчатым регулированием вторичного напряжения, рисунок 1.6.9 аналогичен, рисунок 1.6.8, б.

1.7 Сглаживающие фильтры выпрямителей

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения до уровня, который требуется по условиям эксплуатации устройств питаемых от выпрямителя, на выходе выпрямителей устанавливают сглаживающие фильтры.

Оценку сглаживающего действия фильтра производят по величине его коэффициента сглаживания. Коэффициент сглаживания фильтра по гармонике пульсаций q принято считать отношение коэффициента пульсации на входе фильтра:

,

к коэффициенту пульсаций на его выходе:

.

Обычно коэффициент пульсаций определяют по основной или низшей гармонике. Тогда коэффициент сглаживания:

,

где - коэффициент передачи постоянной составляющей напряжения;

, - постоянные составляющие напряжения на входе и выходе фильтра;

- коэффициент фильтрации, учитывает уменьшение амплитуды пульсации основной гармоники на выходе фильтра;

, - амплитуда пульсации основной гармоники на входе и выходе выпрямителя.

Для фильтров выпрямителей большой мощности , для малой . Для фильтров без потерь коэффициент сглаживания равен коэффициенту фильтрации.

Малые потери и высокую эффективность сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения обеспечивают индуктивно-емкостные фильтры.

1.7.1 Г-образный фильтр

Дроссель Г-образного фильтра, рисунок 1.7.1, сглаживает пульсации выпрямленного тока, переменная составляющая которого протекает через конденсатор, сглаживающий пульсации напряжения. Величины индуктивнос

Рис. 1.7.1.

ти дросселя L и емкости конденсатора C определяют коэффициент фильтрации фильтра:

, (1.7.1)

где – число пульсаций выпрямленного напряжения за период напряжения питающей сети;

– круговая частота питающей сети;

- частота питающей сети.

Значение индуктивности дросселя находится из условия непрерывности тока в нем:

,

где - коэффициент, зависящий от вида выпрямителя и частоты питающей сети.

Емкость конденсатора определяют из выражения (1.7.1).

Рис. 1.7.2.

Для получения больших коэффициентов фильтрации применяют многозвенные LC фильтры, рисунок 1.7.2. Как правило, из технологических соображений однотипные элементы всех звеньев выбирают одинаковыми, при этом:

,

где n – число звеньев фильтра.

Если основным критерием является минимальная стоимость фильтра то при K_ф>50 следует применять двухзвенные, а при K_ф>220 – трехзвенные фильтры.