Схемы выпрямителей, фильтров. Расчет устройств

Схемы выпрямителей, фильтров
MATLAB приложение Simulink
Основные схемы выпрямления
Двухполупериодная схема со средней точкой
Мостовая схема схема Греца
Трехфазная нулевая (схема звезда-звезда)
Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)
Выпрямительные диоды
Выбор вентилей выпрямительного устройства
Классификация сглаживающих фильтров
Коэффициенты фильтрации и сглаживания фильтра
Расчет Г-образного индуктивно-емкостного фильтра
Методики анализа и расчета выпрямителей
Примеры расчета выпрямителя с емкостным фильтром
Находим коэффициент трансформации
Расчет выпрямителей при нагрузке, начинающейся с индуктивного элемента
Модель выпрямителя с учетом активных сопротивлений в фазах
Моделирование электротехнических устройств в пакете MATLAB
Состав библиотеки Simulink
Измерительные блоки библиотеки Simulink
Осциллограф Scope
Создание собственных измерительных блоков в Simulink
Моделирование электротехнических устройств в SimPowerSystems
Источники электрической энергии Electrical Sources
Электротехнические элементы Elements
Особенности моделирования трансформаторных схем
Модели полупроводниковых ключевых элементов в SimPowerSystems
Примеры моделирования выпрямителя с емкостным фильтром в пакете MATLAB
Вариант модели мостового выпрямителя для параметрического анализа
Пример моделирования выпрямителя с индуктивно-емкостным фильтром в пакете MATLAB

Фильтры

Классификация сглаживающих фильтров

Все схемы сглаживающих фильтров можно разделить на группы:

I группа – фильтры состоящие из одного элемента: индуктивные, емкостные.

ris3_1

II группа – Г-образные фильтры, состоящие из двух элементов.

ris1_4

Г-образный реостатно-емкостный фильтр целесообразно применять при малых выпрямленных токах (менее 15…20 мА) и небольших значениях ко­эффициента сглаживания. Такой фильтр является достаточно дешевым, имеет малые размеры и вес. Его недостатком является малый КПД из-за большого падения выпрямленного напряжения на сопротивлении фильтра.

Г-образный индуктивно-емкостный (LC) фильтр применяется в источниках средней и большой мощности вследствие того, что падение напряжения на фильтре можно сделать сравнительно малым и тем самым обеспечить более высо­кий КПД.

Недостатки LC – фильтров:

1) сравнительно большие размеры и вес (при низкой частоте первичного источника);

2) дроссель фильтра является источником помех, создаваемых магнитным полем рассеяния;

3) дроссель фильтра иногда является причиной сложных переходных процессов, приводящих к искажениям в работе устройств (усилителя, передатчика и т.п.);

4) фильтр не устраняет медленных изменений питающих напряжений.

III группа – сложные фильтры состоящие из различных комбинаций первой и второй групп – П-образные и многозвенные;

IV группа – фильтры с параллельными и последовательными резонансными контурами;

V группа – фильтры с компенсацией переменной составляющей на выходе фильтра;

VI группа – активные фильтры.

Качество сглаживания характеризуется величиной максимально допустимой амплитуды переменной составляющей.

Таким образом, основным требованием к фильтру является заданная величина коэффициента его фильтрации, либо для гармоники наиболее нужной частоты, либо для отдельных гармоник, либо для всего комплекса гармоник, содержащихся в выпрямленном напряжении.

Дополнительными требованиями к фильтрам являются:

Минимально возможное падение постоянной составляющей напряжения на элементах фильтра.

Отсутствие заметных искажений, вносимых в работу нагрузки.

Отсутствие недопустимых перенапряжений и сверхтоков при переходных процессах.

Высокие массогабаритные показатели.

Коэффициент пульсаций

Выпрямленное напряжение (ЭДС) - ,  (напряжение до ФУ) как любую периодическую несинусоидальную функцию можно разложить в ряд Фурье, т.е. представить в виде суммы постоянной составляющей и суммы переменных гармонических составляющих. Первый член разложения в ряд Фурье – постоянная составляющая  () – среднее значение выпрямленного напряжения (ЭДС). Сумма переменных гармонических составляющих называется напряжением пульсаций  (). Также можно представить в виде суммы постоянной  и пульсирующей  составляющих напряжение в нагрузке  (напряжение после ФУ). Значение пульсации задается коэффициентом пульсаций, равным отношению максимального значения пульсации к постоянной составляющей напряжения:

, (1.6)

где  - полуразность между наибольшим и наименьшим мгновенными значениями напряжения в нагрузке  (рис. 1.12). Аналогично можно записать выражения для коэффициента пульсаций  выпрямленного напряжения .

RIS1_12

Рис. 1.12. График напряжения  с постоянной составляющей  и пульсирующей .

Также пользуются коэффициентом пульсаций k-й гармоники, который равен отношению амплитуды k-й гармонической напряжения пульсаций к среднему значению напряжения

 (до ФУ) и  (после ФУ) (1.7)

Следует отметить, что во многих литературных источниках по электронике под коэффициентом пульсаций называют коэффициент пульсаций 1-й гармоники, равный отношению амплитуды первой (основной) гармоники напряжения пульсаций к среднему значению напряжения. Это верно, если суммой высших гармонических напряжения пульсаций относительно первой (основной) можно пренебречь.

Известно, что для выпрямителя без ФУ коэффициент пульсаций по k-й гармонике выпрямленной ЭДС:

,

где p – число пульсаций в кривой выпрямленного напряжения (пульсность схемы выпрямления). При p = 2 получим ,  и амплитуда 2-й гармонической составляет 20% от первой (основной) гармоники. При p = 6 получим ,  и амплитуда 2-й гармонической составляет 24,5% от первой (основной) гармоники.

Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)