Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



6.1. Сетевые выпрямители для ИВЭП с бестрансформаторным входом

Для литания ИВЭП с бестрансформаторным входом сетевое напряжение должно быть выпрямлено, а пульсации сглай<ены. В отлнчие от выпрямителей, применяемых для непосредственного питания электронных устройств, в данном случае требования к пульсациям выпрямленного напряжения не являются жесткими. Поскольку высокочастотные преобразователи, питаемые этим напряжением, практически всепда имеют цепи отрицательной обратной связи по напряжению и обладают полосой пропускания до нескольких десятков килогерц, пульсации питающего напряжения и его нестабильность подавляются в необходимой степени с помощью широтно-импульсного регулирования. В этом смысле высокочастотные стабилизированные преобразователи являются весьма эффективными фильтрами с уникальным свойством: подавление пульсаций в них осуществляется без применения реактивных элементов, без существенных затрат мощности и тем эффективнее, чем ниже частота пульсаций.

Допустимый размах пульсаций (двойная амплитуда) на выходе выпрямителя может достигать 407о и часто лимитируется только уровнем допустимых пульсаций на электролитических конденсаторах фильтра.

В трехфазном мостовом выпрямителе (рнс. 6.1) размах пульсаций составляет 111,4% среднего значения выпрямленного напряжения, поэтому трехфазный мостовой сетевой выпря.митель, как правило, ие требует сглаживания пульсаций. Включение высокочастотного конденсатора небольшой емкости достаточно для замыкания высокочастотных составляющих коммутационных процессов, связанных с работой поеобразователя ключевого принципа действия.

А о-

гч. О-

8 о-

с о-

TAz TAs Аб

Рис. 6.1. Схема трехфазного мостового выпрямителя

4= С,

-о -

Рис. 6.2. Схема трехфазного выпрямителя со средней точкой

Трехфазный выпрямитель со средней точкой (рис. 6.2) используется в тех случаях, когда первичная сеть имеет нейтральный провод и напряжение, получаемое па выходе трехфазного мостового выпрямителя, превышает допустимое напрял<спне для высоковольтных транзисторов. Размах пульсацнй выпрямленного напряжения (рнс. 6.3) велик, кроме того, необходимо учесть большую величину высокочастотных составляющих пульсаций. Подавление высших гармоник с помощью регулирования нерационально, так как потребует резкого повышения частоты ШИМ по сравнению с оптимальной по критерию минимума объема ИВЭП. Поэтому на выходе трехфазного выпрямителя со средней

" 224

точкой необходим емкостный фнльтр, с помощью которого размах пульсаций уменьшают. Уровень высших гармоник при этом существенно снижается.

Необходимая емкость конденсатора фильтра рассчитывается по формуле

(6.1)

где Ро - мощность на выходе выпрямителя; Д(У/-.максимальный размах пульсаций выпрямленного напряжения; Um - амплитудное значение выпрямленного напряжения; if с - частота сети.


J Рис. 6.3. Форма выпрямленного напряжения трехфазного выпрямителя со средней точкой

Рис. 6.4. Схема однофазного мостового выпрямителя

Однофазный мостовой выпрямитель (рис. 6.4) в ИВЭП с бестрансформаторным входом нельзя попользовать без емкостного фильтра нз-за большого размаха пульсаций (рис. 6.5). Рассчитать емкость конденсатора фильтра можно по формуле

Основные параметры выпрямленного напряжения при минимальном и максимальном уровнях напряжения сети показаны на рис. 6.5.


Рис. 6.5. Форма выпрямленного напряжения однофазного мостового выпрямителя

Однофазные выпрямители с удвоением напряжения (рис. 6.6) позволяют получить двуполярное относительно средней точки напряжение, которое может быть пспользовано для питания полумостового преобразователя. Емкость конденсаторов фильтра должна быть достаточной для сглаживания лульсацин на выходе однополупериодного выпрямителя:

Сф =

(6.3)

Выпрямитель с удвоением напряжения применяется в случаях, когда па-пряжение силовой сети невелико (до 127 В) и желательно в наибольшей ме-

8-60 5



ре использовать коммутационные возможности высоковольтных транзисторов.

Комбинированная схема сетевого выпрямителя (рис. 6.7, 6.8), представляющая собой выпрямитель с удвоением напряжения при -подключении сети питания iK клеммам /, 2 и однофазный мостовой выпрямитель при подключении сети к клеммам 2, 3 позволяет попользовать ИВЭП в системах с различными напряжениями силовой сети, например 127 и 220 В. Прн пнтаинн от се-

-0 +

+ . по

-О -

Рис. 6.6. Схема однофазного выпрямителя с удвоением напряжения

Рис. 6.7. Схема трехфазного комбинированного выпрямителя

ти 127 В ИВЭП подключается клеммами /, 2, а яри питании от сети 220 В - клеммами 2, 3. Важно, что электролитические конденсаторы фильтра в любом случае работают при одинаковом постоянном напряжении и нх переформовка не происходит.

/27 Т

Рис. 6.8. Схема однофазного комбинированного выпрямителя

Рис. 6.9. Схема ограничения переходного тока конденсатора

В случае прямого включения выпрямителя в сеть токи заряда конденсаторов при переходных процессах могут быть очень большими, что может привести к повреждению элементов схемы или перегоранию предохранителей. Для ограничения этих токов при включении выпрямителя можно применить «мягкое» включение. Наиболее простым способом ограничения переходного тока является включение токоограничительного резистора <R между выпрямителем и конденсаторами фильтра (рис. 6.9). После заряда конденсаторов токоограничи-вающий резистор шунтируется открывающимся тиристором Д.

Для этой же цели на стороне переменного тока может быть использован симметричный тиристор, угол проводимости которого плавно увеличивается после включения.

6.2. Низковольтные выпрямители

При наличии трехфазной питающей сети синусоидального nepeMeinioro тока и повышенных выходных напряжениях обычно используется двухтактная трехфазная мостовая схема выпрямления без фильтра, с емкостным или индуктивно-емкостным фильтром (рис. 6.10). Эта схема имеет высокий коэффициент


Дг Дб

-0 +

4=/Г,

Рис. 6.10. Схема трехфазного мостового выпрямителя с индуктивно-емкостным

фильтром

использования трансформатора по мощности, низкий коэффициент и повышенную частоту пульсаций выпрямленного иапряжеиия, а также небольшую амплитуду обратного напрял<ения на диодах. К недостаткам схемы относятся большие объем и масса диодов с теплоотводящими радиаторами и низкий КПД при низких выходных напряжениях, так как в этой схеме в любой момент времени последовательно с нагрузкой включены два диода. Этот недостаток ограничивает применение трехфазной мостовой схемы при низких выходных напряжениях и больших токах нагрузки.

Прн низких выходных напряжениях целесообразно использовать однотакт-ные двухполупериодные схемы выпрямления - шестифазную, двенадцатифаз-пую, восемнадцатифазную, двадцатичетырехфазную и т. д., схемы со средней точкой без фильтра или с индуктивно-емкостным фильтром. Схема шестифаз-ного выпрямителя со средней точкой и индуктивно-емкостным фильтром приведена на.рнс. 6.11.


o-f-

Рис. 6.11. Схема шестифазного выпрямителя со средней точкой и иидуктпвно-

емкостным фильтром

8* 227



Выпрямители, выполненные по однотактным схемам, имеют меньшие объем и массу диодов с тсплоотводящими радиаторами, чем трехфазный мостовой выпрямитель. Существенными недостатками известных схем многофазных однотактных выпрямителей являются большая амплитуда импульсов тока, протекающего через диоды и обмотки трансформаторов, и вследствие этого низкий коэффициент использования трансформаторов по мощности и большие потери в диодах. Недостатком однотактных выпрямителей является также большая амплитуда обратного напряжения на диодах, однако для низковольтных выпрямителей этот недостаток не имеет большого значения.

Для улучшения удельных объемно-массовых и энергетических показателей низковольтных выпрямителей могут быть использованы схемы многофазных однотактных двухполупериодных выпрямителей с несколькими иезависимы.ми дросселями фильтра i[51-53]. В этих схемах используется несколько особым способом включенных дросселей фильтра в.место обычно при.мсияющегося одного дросселя. За счет этого амплитуда импульсов тока, протекающего через диоды п обмотки трансформаторов, уменьшается, а их длительность увеличивается в р .раз при неиЗ.меином среднем значении тока (р - количество независимых дросселей фильтра в схеме выпрямителя). Вследствие этого действующее значение тока обмоток трансформатора уменьшается в ]Лр раз. Это обеспечивает повышение коэффициента использования трансформаторов по мощности .и уменьшение тем самым их объема и массы, снижение потерь в диодах и трансформаторах, уменьшение объема и ,массы диодов с теплоотводящими радиаторами и, следовательно, уменьшение объема и массы выпрямителя в целом и повышение его КПД.

Многофазные составные однотактпые двухполупериодные выпрямители с несколькими независимыми дросселями фильтра могут быть выполнены с числом фаз выпрямления /п = 6, ;12, 18, 24 и т. д. и с количеством независимых дросселей фильтра р=1, 2, 3, 4, 6, 8, 9, 12 и т. д. Все эти выпрямители образованы по одному принципу и состоят из нескольких простых выпрямителей со средней точкой, работающих совместно на общую нагрузку через собственный дроссель фильтра. В качестве простых выпрямителей могут использоваться двухполупериодный, трехфазный, четырехфазный (со сдвигом векторов напряжения на 90°), шестифазный п т. д. выпрямители со средней точкой. Количество дросселей фильтра р равно числу фаз выпрямления составного выпрямителя т, деленному на число фаз простого выпрямителя.

Для построения многофазных лучевых выпрямителей с числом фаз т необходимо создание многофазной системы векторов напряжений вторичных обмоток трансформаторов, сдвинутых на угол 2л/ш. Для этого используется сочетание трансформаторов с соединением первичных обмоток в треугольник и звезду. При необходимости первичные обмотки предварительно соединяются в зигзаг. Шестнфазные выпрямители могут быть образованы при соединении первичных обмоток в А или J, двенадцатифазные-при соединении обмоток одного трансформатора в А, а другого в пли прн соединении первичных обмоток в зигзаг, la затем в А или . Выпрямители с числом фаз выпрямления т=18, 24, 36 и т. Д. имогут быть реализованы только при разбиении первичных обмоток на две части и соединении их в зигзаг, а затем в Д Или Д. Соотношение папряженин двух частей выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимый фазовый сдвиг при минимальной габаритной мощности

трансформаторов. Вторичные обмотки трансформаторов соединяются в многофазную лучевую звезду.

Многофазные выпрямители с несколькими независимыми дросселями фильтра (как и обычные выпрямители) могут быть выполнены с использованием трехфазных трансформаторов с общим для всех фаз магнитопроводом илн групп из трех однофазных трансформаторов.

Схемы шестифазных выпрямителей с трехфазным трансформатором с двумя и тремя дросселями фильтра приведены на рис. 6.12. Эти выпрямители содержат один трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого могут быть соединены в А или Д , а вторичные - в шестифазную звезду.



Рис. 6.12. Схемы шестифазных выпрямителей: а - с двумя дросселями фильтра; б - с тремя дросселями фильтра

Схемы двенадцатифазных выпрямителей с трехфазными трансформаторами с количеством дросселей фильтра, равным 1, 2, 3, 4 и 6, приведены на рис. 6.13. Эти выпрямители содержат два одинаковых трехфазных трансформатора с двумя первичными обмотками, которые соединены в зигзаг, а затем в А, а вторичные - в двенадцатифазную звезду. Соотношение напряжений первичных обмоток, равное 0,816:0,299, обеспечивает сдвиг по фазе векторов напряжений вторичных обмоток 30°.

Восемнадцатифазные выпрямители содержат три трехфазных трансформатора, причем один трансформатор выполнен с одной первичной обмоткой в каждой фазе, а два других - с двумя первичными обмотками, соединенными в зигзаг. Соотношение напряжений первичных обмоток этих двух трансформаторов 0,742 :0,395 обеспечивает сдвиг по фазе векторов напряжений вторичных обмоток, соединенных в восемнадцатифазную звезду, равный 20°. Схема во-семнадцатнфазного выпрямителя с трехфазными трансформаторами с шестью дросселями фильтра приведена на рис. 6.14.

Аналогично могут быть построены двадцатичетырехфазные выпрямители, содержащие четыре трехфазных трансформатора. Схема двадцатичеты-рехфазного выпрямителя с четырьмя трехфазными трансформаторами с соединением обмоток по схеме А-Д/и восемью дросселями фильтра приведена на рис. 6.15. В этой схеме первичные обмотки всех трансформаторов соединены в зигзаг, а затем первичные обмотки двух трансформаторов соединены в А, а двух других трансформаторов - в . Соотношение напряжений между двумя первичными обмотками всех трансформаторов равно 0,916:0,151. Ука-

Э-тбО



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 [37] 38 39 40 41 42 43 44 45 46


0.014