Внешняя характеристика выпрямителя

Внешняя характеристика выпрямителя – зависимость средневыпрямленного напряжения от тока нагрузки. Схема замещения выпрямителя на стороне постоянного тока имеет вид:

 На этом рисунке обозначено:    U_0хх – максимальный уровень напряжения на “холостом ходу” неуправляемого выпрямителя без учета противо - ЭДС диода (U_пор),  т.е. ,        где ;

N_д – число вентилей (диодов) одновременно проводящих ток  (в однополупериодной схеме N_д=1, в двухполупериодной - N_д=2);

R_кз – потери в обмотках трансформатора, определяемые из опыта “короткого замыкания”;

R_д – динамическое сопротивление диода;

R_ф – активные потери в дросселе сглаживающего фильтра.

    Уравнение для определения среднего напряжения на выходе нагруженного выпрямителя имеет вид:

    На рисунке представлена внешняя характеристика выпрямителя.

Напряжение в точке “а” характеристики определяется из выражения , где

N_с – нестабильность входного напряжения (относительные единицы),

U_2ном – номинальное значение напряжения во вторичной цепи трансформатора.

Напряжение в точке “б” характеристики равно

Под семейством внешних характеристик понимается построение U₀=f(I₀) с учетом отклонения напряжения сети и в диапазоне тока (I_0max…I_0min).

При построении регулировочной характеристики в управляемом выпрямителе учитываются значения напряжения в точках “а” и “б” и диапазон отклонения напряжения от номинального (N_С).

Влияние индуктивности рассеяния трансформатора на форму выпрямленного напряжения в 3-х фазной схеме выпрямления

С нулевым выводом

На интервале [t₁;t₂] по первому закону коммутации ток VD1 не может скачком измениться до нуля, происходит снижение тока по экспоненциальному закону. Ток в цепи диода VD2 также нарастает по экспоненте. К нагрузке прикладывается напряжение 2-х фаз (“a” и “c”), что оказывает влияние на форму выпрямленного напряжения. Это уменьшает уровень выпрямленного напряжения и увеличивает уровень пульсаций напряжения на нагрузке.

При работе на индуктивную нагрузку происходит аналогичное влияние на форму выпрямленного напряжения угла коммутации, связанного с индуктивными элементами нагрузки. Угол коммутации зависит от величины I_нагр, поэтому данная схема имеет ограничение по величине тока из-за влияния индуктивности рассеяния трансформатора. Схема замещения на интервале коммутации имеет вид:

    На рисунке изображены временные зависимости токов и напряжений в цепях, поясняющие процессы в схеме выпрямителя на интервале коммутации g.

Используя метод узловых потенциалов, получим выражение для среднего значения выходного напряжения выпрямителя с учетом влияния индуктивности нагрузки:

 .

При получении выражения для U₀ с учетом влияния индуктивных элементов цепей пренебрегают не заштрихованной площадью S₁, а заштрихованную площадь описывают синусоидальным законом изменения напряжения при 0.5U_2m.

, где

Для анализа внешней характеристики выпрямителя вводят параметр , учитывающий влияние L_s. С увеличением тока спад внешней характеристики будет больше.

  Влияние магнитной асимметрии на работу выпрямителя

На входе выпрямителя, как правило, установлен трёхфазный трансформатор с объединенной магнитной системой, у которого обмотки расположены на трех стержнях.

В таком трансформаторе, вследствие различия магнитных сопротивлений для разных фаз намагничивающие токи фазных обмоток не равны между собой: токи крайних фаз (I_ОА и I_ОС) больше тока средней фазы (I_ОВ). Это приводит к нарушению фазовой симметрии (углы сдвига отличаются от 120 градусов). Для уменьшения магнитной асимметрии трехстержневого манитопровода, т.е. уменьшения магнитного сопротивления потокам крайних фаз, сечение верхнего и нижнего ярма делают на 10…15% больше, чем стержня. Однако, асимметрия всё равно остаётся и влечёт асимметрию фазных напряжений.

Напряжение в фазе В больше напряжения других фаз из - за снижения потерь в магнитопроводе, а векторы фазных напряжений А и С имеют отклонения относительно симметричной магнитной системы на угол α.

    Асимметрия фазных напряжений приводит к искажению формы выпрямленного напряжения, изменению уровня среднего напряжения на выходе выпрямителя и появлению низкочастотных составляющих пульсаций, что снижает качественные показателя выходного напряжения.