Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель.

В рассмотренных неуправляемых выпрямителях уровень выходного напряжения U0 зависит от многих факторов и, прежде всего, от напряжения U1 питающей сети и тока нагрузки. В большинстве же cлучаев применения выпрямителей в системах электропитания аппаратуры телекоммуникаций требуется стабилизация напряжения U0 или его регулирование по заданному алгоритму. Регулирование (стабилизация) напряжения U0 может осуществляться, например, либо за счет изменения уровня напряжения, подаваемого на вентильный блок, с помощью дополнительного устройства — регулятора напряжения переменного тока, либо с помощью отдельного устройства —регулятора напряжения постоянного тока, устанавливаемого между выпрямителем и нагрузкой. Другим более экономичным вариантом регулирования U0 является вариант, при котором изменяется момент подключения элементов вентильного блока к вторичной (фазам вторичной) обмотки трансформатора. Для этого требуется замена всех диодов или части диодов вентильного блока на управляемые приборы — тиристоры. Подобные выпрямители называют тиристорными или управляемыми.

В настоящее время достаточно широкое применение в СЭП(система электропитания) аппаратуры телекоммуникаций находят управляемые выпрямители, выполненные именно по трехфазной мостовой схеме выпрямления с полным числом тиристоров в вентильном блоке. Схема силовой части выпрямителя и временные диаграммы, поясняющие ее работу приведены на рисунке. Схема управления (СУ) формирует последовательность «парных» импульсов управления (рис. д), обеспечивающих одновременную подачу сигналов на управляющие электроды тиристоров как катодной группы (VS2, VS4, VS6) так и анодной группы (VS1, VS3,VS5). Фазовый сдвиг между двумя соседними «парными» импульсами для любого режима работы выпрямителя равен .

Регулирование или стабилизация выходного напряжения U0 выпрямителя осуществляется изменением момента подачи «парных» отпирающих импульсов (угла регулирования ) относительно момента естественной коммутации(рис. в). Под моментом естественной коммутации понимается момент, в который происходит переключение диодов в неуправляемом идеальном выпрямителе, т.е. момент равенства между собой мгновенных значений ЭДС двух соседних фаз вторичной обмотки трансформатора Т. Так, в момент отпирающие импульсы подаются одновременно на тиристоры VS2 и VS3 (рис.г). Причем в этот момент открывается только один тиристор YS2, так как тиристорVS3 к этому моменту уже находился в открытом состоянии. С этого момента напряжение на выходе вентильного блока в течение (при неизменном значении угла = 30°) определяется, как показано на рис. б, разностью мгновенных значений-ЭДС ,т.е. мгновенным значением линейной ЭДС На рис.г также показан фрагмент напряжения на выходе вентильного блока при = 60°). Дальнейшее увеличение угла приведет к появлению в кривой участков с отрицательным напряжением, т.е. форма кривой будет соответствовать рис. 3.10,д при Ет = Елт.

Следовательно, для среднего значения напряжения на выходе выпрямителя при условии безразрывности тока дросселя L, справедливо выражение где — коэффициент регулирования, —среднее значение напряжение идеального неуправляемого трехфазного мостового выпрямителя. Точно также будут справедливы полученные ранее выражения для коэффициентов пульсаций при условии, что р = 6. Окончательное решение для амплитудного значения к- й гармоники разложения в ряд Фурье принимает следующий вид:

Коэффициент пульсации по k-й гармоники управляемого выпрямителя следующем виде:

Габаритные мощности и коэффициент мощности х

управляемого выпрямителя будут естественно отличаться от полученных ранее значений для неуправляемого выпрямителя в раз.

В реальных управляемых выпрямителях так же, как и в неуправляемых выпрямителях, необходимо учитывать индуктивную составляющую сопротивления короткого замыкания фазы трансформатора и активное сопротивление , вызывающих уменьшение среднего значения напряжения U01 С ростом тока нагрузи Io.В общем случае выражение для среднего значения напряжения на выходе вентильного блока реального выпрямителя можно также представить в виде:

Среднее значение напряжения на выходе выпрямителя (на нагрузке) отличается от на величину падения напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя L: Явление перекрытия (коммутации)фаз вызывает некоторое уменьшение коэффициента мощности как управляемых, так и неуправляемых выпрямителей. Предлагается определять коэффициент мощности реального управляемого выпрямителя исходя из следующего выражения: где — коэффициент мощности идеального неуправляемого выпрямителя; — угол перекрытия фаз.Также следует отметить, что ток, потребляемый управляемым выпрямителем от сети, носит индуктивный характер (ток отстает по фазе от напряжения). Поэтому для повышения коэффициента мощности электроустановок в их состав вводят комплектные конденсаторные установки, позволяющие повысить значение х.

4.4.Работа однофазной мостовой схемы выпрямления на нагрузку емкостно­го характера. Загрузка нейтрального провода.

При работе выпрямителя на емкостную нагрузку первым элементом сглаживающего фильтра, следующим непосредственно за вентильным блоком, является конденсатор достаточно большой емкости. Рассмотрим работу выпрямителя на емкостную нагрузку на примере схемы рис.

Сопротивление R, введенное в каждую из фаз вторичной обмотки трансформатора Т, представляет собой сумму активной составляющей сопротивления короткого замыкания трансформатора RK и дифференциального сопротивления диода Временные диаграммы, поясняющие работу схемы в установившемся режиме, приведены на рис.б. В интервале от 0 до ЭДС направлена снизу вверх (знаки ЭДС показаны на рис.а). Однако до момента, соответствующего углу , диод VD1 закрыт, поскольку напряжение на конденсаторе С больше ЭДС . Диод VD1 открывается когда превысит на величину, равную пороговому напряжению этого диода, и будет открыт до тех пор, пока в момент уменьшающаяся ЭДС не сравняется с напряжением в интервале оба диода закрыты и напряжение

на выходе выпрямителя уменьшается по экспоненциальному закону до тех пор, пока в момент не откроется диод VD2. Далее в интервале открыт диод VD2 и осуществляется подзаряд конденсатора С и передача энергии из сети в нагрузку. Как следует из рис. б, каждый диод открыт в течение времени, меньшего половины периода изменения напряжения . Причем увеличение постоянной времени разряда конденсатора (рис.в) приводит к уменьшению длительности открытого состояния диодов. При этом увеличивается среднее значение выходного напряжения выпрямителя иамплитудное значение

токов, протекающих через все элементы, стоящие до конденсатора С,а также уменьшается размах пульсаций (от пика до пика) выходного напряжения. В пределе при (режим холостого хода выпрямителя) напряжение достигает амплитудного значения ЭДС фазы вторичной обмотки трансформатора , а переменная составляющая этого напряжения (пульсация) становится равной нулю.

Из выше изложенного можно сделать следующие выводы:

• все параметры выпрямителя зависят от длительности открытого состояния диода;

• коэффициент формы кривой тока (отношение действующего значения к среднему значению) через любой элемент выпрямителя, стоящий до конденсатора, при работе на емкостную нагрузку существенно больше, чем при работе на индуктивную нагрузку.Следовательно, существенно большими будут и потери мощности в этих элементах, т.е. ниже КПД выпрямителя;

• амплитудное значение тока, потребляемого от сети { на рис. б) при работе на емкостную нагрузку существенно больше, чем при работе на индуктивную нагрузку. Следовательно, выпрямители, работающие на нагрузку емкостного характера, могут вызывать искажение формы кривой напряжения сети (в том случае, когда их выходная мощность соизмерима с мощностью сети, или когда токораспределительная сеть обладает достаточно большим сопротивлением). Поэтому ГОСТ Р 5317.3.2-99 рекомендует применять этот режим работы только при мощности, потребляемой выпрямителем, не более 600 Вт. Оценка амплитудного значения тока потребляемого от сети, часто осуществляется с помощью такого параметра, как коэффициент амплитуды. Под коэффициентом амплитуды понимают отношение амплитудного значения тока к его действующему значению: Если при работе рассматриваемого выпрямителя (рис.) на нагрузку индуктивного характера коэффициент амплитуды практически равен 1, то при работе на емкостную нагрузку он может достигать значений больше 5. Подключение выпрямителей к сети приводит к появлению больших пусковых токов, так как напряжение на выходном конденсаторе в этом момент равно нулю. Значение пускового тока зависит от мгновенного значения напряжения в момент подключения и от величины постоянной времени заряда . Для ограничения

пусковых токов, способных привести к выходу из строя отдельных элементов выпрямителя (прежде всего диодов) необходимо ограничивать эти пусковые токи. Вместе с тем простота технических решений при достаточно высоком качестве выходного напряжения определяют экономическую привлекательность этого режима работы выпрямителя для широкого круга технических приложений.