Методические указания. 1.2.1. Выбор схемы выпрямителя

1.2.1. Выбор схемы выпрямителя

Для мощностей P_d < 1 кВт следует использовать схемы выпрямления однофазного тока. Среди двухполупериодных однофазных схем более высокие технико-экономические показатели имеет мостовая схема. Она обеспечивает лучшее использование трансформатора и вентилей, применяется даже при больших мощностях, допустимых для однофазной нагрузки сети.

Если выпрямитель должен отдавать потребителю мощность более 1 кВт, то оптимальным будет использование выпрямителей трехфазного тока. Трехфазная схема выпрямителя с нулевым выводом применяется на средних мощностях (1 ¸ 10 кВт), а также в случаях, когда допустима большая амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения. При больших мощностях (P_d > 10 кВт), а также при допустимых пульсациях менее 5 % целесообразно использовать мостовую схему выпрямления (схему Ларионова). При выборе схемы выпрямителя следует учесть, что нередко приходится просчитывать несколько вариантов схем, чтобы выбрать наиболее оптимальное техническое решение.

1.2.2. Выбор типа вентилей (диодов)

Выбор типа вентиля осуществляется на основании предварительной оценки следующих параметров выпрямителя:

среднего значения тока через вентиль при полной нагрузке I _a, которое выбирается из табл.1;

максимального значения обратного напряжения на вентиле U _{обр m} (определяется из табл. 1), при этом параметр U_d оценивается по выражению:

, (18)

где D U – потери напряжения из-за протекания тока I_d > 0, имеющие порядок от 0,05 U_d (при выпрямленной мощности P_d > 100 кВт) до 0,15 U_d (при мощности P_d < 1 кВт).

Величины I _a и U _{обр m} не должны превышать значений соответствующих паспортных параметров выбранного вентиля – номинального прямого тока I _a и обратного допустимого напряжения U _{обр доп}, т. е.

(19)

Коэффициент использования по току при выборе вентиля должен находиться на интервале (0,5 ¸ 0,8). Для уменьшения прямого тока I_a применяется параллельное включение однотипных вентилей (рис. 12, а). Последовательное соединение применяется в тех случаях, когда максимальное обратное напряжение U _{обр m} превышает допустимое обратное напряжение U _{обр доп} отдельных вентилей (рис. 12, б). Прямое r _a и обратное R _обр сопротивления отдельных вентилей отличаются от номинальных значений из-за наличия технологических погрешностей. С целью выравнивания токов параллельно включенных вентилей или обратных напряжений на последовательно включенных вентилях применяются выравнивающие сопротивления R _доб и R _ш (см. рис. 12).

а

б

Рис.12. Использование выравнивающих сопротивлений:

а – R _доб = (2 ¸ 5) r _a; б – R _ш = (0,1 ¸ 0,2) R _обр

После уточнения значения напряжения холостого хода U_{d х.х} и определения параметра I _{a m}(см. табл. 1), окончательно проверяется нагрузочная способность выбранного типа вентиля по обратному напряжению и прямому току.

1.2.3. Выбор схемы фильтра и ее расчет

В трехфазных выпрямителях средней и большой мощности применяются фильтры с индуктивной реакцией.

В маломощных двухфазных выпрямителях для выбора типа фильтра целесообразно воспользоваться соотношением, определяющим минимальную емкость конденсатора. Если она окажется непрактично большой, то следует использовать индуктивный фильтр, в другом случае следует использовать емкостный фильтр, поскольку он обеспечивает лучшее сглаживание пульсаций.

В тех случаях, когда требуется получить коэффициент сглаживания S > 20, применяют Г-образные LC -фильтры. Коэффициент сглаживания такого фильтра

S = 40 f _о.г² L _ф C _ф. (20)

При заданном значении S определяем произведение L _ф C _ф= и рассчитываем минимальное значение индуктивности дросселя, Гн:

, (21)

где а ₁ – коэффициент (для схем, приведенных на рис. 2, 4 и 6, коэффициент а ₁ составляет 0,332; 0,083 и 0,01 соответственно); f c– частота сети.

Определяем значение емкости конденсатора, мкФ:

. (22)

Необходимый коэффициент сглаживания S определяется как отношение коэффициента пульсаций на входе и выходе фильтра. Значение первого находится из таблиц для выбранной схемы выпрямителя, второго – из исходных данных на проектирование схемы. При невысоких значениях коэффициентов сглаживания используются простейшие фильтры: индуктивность и емкость. При значениях коэффициентов сглаживания, превышающих несколько десятков, целесообразно использовать Г- или П-образный фильтр, содержащий два звена.

1.2.4. Расчет параметров выпрямителя

Если нагрузка выпрямителя носит индуктивный характер (например, Г-образный фильтр с индуктивностью), то вначале вычисляется значение напряжения холостого хода U_{d х.х}. Омические сопротивления дросселя r _др и трансформатора R _т находятся из зависимостей, представленных на рис. 13.

В маломощных выпрямителях можно пренебречь сопротивлением индуктивности рассеивания x_s, а в выпрямителях большой и средней мощности – активным сопротивлением R _т обмотки трансформатора. После определения напряжения U_d находятся прочие параметры выпрямителя.

а

б

Рис. 13. Аппроксимированные графики зависимостей сопротивлений r _др и R _т

Дата добавления: 2015-07-17