Основные параметры, характеризующие работу выпрямителя

Основными величинами, характеризующими эксплуатационные свойства выпрямителей, являются [2]:

-средние значения выпрямленного напряжения и тока, U_d, I_d, соответственно;

-коэффициент полезного действия η;;

- коэффициент мощности χ;;

-внешняя характеристика - зависимость напряжения нагрузки от тока нагрузки U_d=f(I_d) при постоянном и заданном значении угла регулирования α;

-регулировочная характеристика - зависимость выпрямленного напряжения от угла регулирования U_d=f(α);

-коэффициент пульсаций - отношение амплитуды высшей гармоники

(U_k.m) (обычно основной) переменной составляющей выпрямленного напряжения (тока) к среднему значению выпрямленного напряжения (U_d) (тока)

k _{п k}=U_km/Ud, (1)

где k - номер гармоники.

Для первой (основной) гармоники k =1. Коэффициент пульсаций для первой гармоники k _п1 определяется по формуле:

k _п1 =U _{1 m}/U_d. (2)

Отметим, что важными параметрами, характеризующими работу трансформатора, являются кажущиеся расчетные мощности обмоток S ₁, S ₂ и установленная мощность трансформатора S _Т и их связь с выход­ной мощностью P_d. Значения S ₁= m ₁ U ₁ I ₁ и S ₂= m ₂ U ₂ I ₂ характеризуют одновременно допустимую мощность нагрузки обмоток при работе в линейных цепях. Отношение кажущихся расчетных мощностей обмоток S₁, S₂ и расчетной мощности трансформатора S _T к выходной мощности выпрямителя P_d = U_{dma x} I_dN, определенной при нулевом угле регулирования выпрямителя α=0, называются коэффициентами расчетной мощности обмоток, k _рм1, k _рм2, и трансформатора, k _рм, соответственно.

. (3)

Выражения (3) показывают во сколько раз должна быть увеличена мощность обмоток трансформатора и трансформатора в целом, вследствие несинусоидальности их токов в выпрямительной схеме, по сравнению с линейной цепью для пе­редачи в нагрузку мощности при условии равенства потерь энер­гии в обмотках.

 

Для выбора вентилей выпрямителя необходимо установить загрузку вентилей по току (I _в.ср .) и напряжению (U _{в.обр. max}).

Работа сглаживающего фильтра характеризуется коэффициентом сглаживания s, который определяется отношением коэффициента пульсаций на входе фильтра (k _п1) к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра (k _п2):

 

s = k _п1/ k _п2. (4)

 

Коэффициент мощности выпрямителя (χ) определяется отношением активной мощности, потребляемой выпрямителем из питающей сети по первой (основной) гармоники P _{c (1 )} к полной мощности S _с, потребляемой

выпрямителем из питающей сети

 

χ= P _{c (1 )} / S _с. (5)

В мощных выпрямителях с целью повышения коэффициента мощности за счет увеличения коэффициента искажения применяют многофазные схемы с числом фаз напряжения, подаваемого на вход выпрямителя, более 3.

Для получения шести фаз вторичные трехфазные обмотки сетевых трансформаторов выполняются со сдвигом напряжений на 30 электрических градусов. Это достигается за счет того, что одна трехфазная вторичная обмотка соединяется в звезду, другая – в треугольник. Выпрямитель, собранный по этой схеме, имеет на выходе двенадцатипульсное выходное напряжение и более высокий коэффициент искажения формы кривой тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети, чем трехфазный выпрямитель, собранный по мостовой схеме.

На практике применяются также диодные и тиристорные выпрямители более высокой пульсности – 24-пульсные, 48-пульсные. Для этих выпрямителей необходимо использование трансформаторов более сложной конструкции, обеспечивающих взаимный сдвиг по фазе вторичных напряжений на 15 и 7,5 электрических градусов.

Применение многопульсных диодных и тиристорных выпрямителей позволяет улучшить форму токов и напряжений электросети, но связано с применением трансформаторов сложной конструкции, и неизбежным удорожанием выпрямителя в целом.

Напомним, что неуправляемые выпрямители не позволяют рекуперировать электроэнергию цепи постоянного тока в питающую сеть, поскольку они не могут быть переведены в режим инвертирования.

Тиристорные выпрямители обладают возможностью рекуперации электрической энергии в питающую сеть при переводе выпрямителя в режим инвертирования.

Активные выпрямители, как уже было отмечено выше, позволяют выполнять регулирование величины выходного напряжения с высоким, близким к единице значением коэффициента мощности. В качестве управляемых вентилей в этих выпрямителях широкое применение находят транзисторные модули IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor – биполярные транзисторы с изолированным затвором).

Высокая частота переключения транзисторов облегчает фильтрацию токов и напряжений на входе и выходе преобразователей, позволяет обеспечить их электромагнитную совместимость с питающей сетью и нагрузками. Достоинства активных транзисторных выпрямителей заключается в основном в том, что они позволяют приблизить форму потребляемых от питающей сети токов к синусоиде, обеспечить работу преобразователей с заданным коэффициентом мощности, в том числе работу с «опережающим» током [7].