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

Расчет Г-образного индуктивно-емкостного фильтра 

Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется более эффективно при помощи фильтров, составленных из повторяющихся Г-образных или П-образных звеньев. Для Г-образного LC-фильтра совместно с цепью нагрузки полное комплексное сопротивление:

Обычно  и , ,  или , поэтому  и . Окончательно для полного комплексного сопротивления получим:

.

Для Г-образного LC-фильтра:

,

,

,

,

,

,

,

.

Рекомендации по выбору фильтров

Наибольшая нестабильность напряжения  во всем диапазоне рабочих токов  свойственна выпрямителю с емкостным фильтром, а наибольшая стабильность с индуктивным фильтром. П-образный фильтр по своей внешней характеристике при малых токах нагрузки приближается к емкостному, а Г-образный к индуктивному.

 Если нагрузка меняется в пределах:

 (10¸15) %, то можно рекомендовать любой фильтр;

(50¸100) % – П-образный фильтр или Г-образный фильтр;

(от 10¸100) % – Г-образный фильтр.

Напряжения UdxxL и UdxxC тем больше, чем меньше число фаз выпрямителя. Поэтому для получения более стабильной внешней характеристики следует применить схемы выпрямления с большим числом фаз.

Для работы выпрямителей принципиальное значение имеет характер фильтра, включенного на выходе выпрямителя. Выпрямители без сглаживающего фильтра применяются сравнительно редко и в тех случаях, когда пульсации напряжения на нагрузке не имеют существенного значения. Сглаживающий фильтр также часто отсутствует в многофазных выпря­мителях, имеющих малую пульсацию выпрямленного напряжения.

Допустимые пульсации на выходе источников питания зависят от характера нагрузки и могут составлять от тысячных долей процента (первые каскады микро­фонных усилителей) до единиц и десятков процентов (исполнительные устройства). Для уменьшения пульсаций используются дополнительные фильтры.

На практике используются два основных режима работы выпрямителей: работа на нагрузку с емкостной и индуктивной реакцией. Первый из этих режимов применяется в источниках электропитания малой мощности; основная область применения второго режима — источники средней и большой мощности.

Индуктивный фильтр

Индуктивный фильтр применяется для выпрямителей средней и большой мощности, так как позволяет обеспечить непрерывность тока в цепи нагрузки и благоприятный режим работы выпрямителя. Выпрямители с индуктивным фильтром применяются в широком диапазоне выпрямленных напряжений. Такие выпрямители имеют большее внутреннее сопро­тивление по сравнению с выпрямителями с емкостным фильтром. Применение индуктив­ного фильтра ограничивает импульс тока через диоды при включении выпрямителя в питающую сеть. Недостатком выпрямителей с таким фильтром являются перенапряжения, возникающие на выходной емкости и на дросселе фильтра при включении выпрямителя и при скачкообразных изменени­ях тока нагрузки, что представляет опасность для элементов самого выпрямителя и его нагрузки. Также следует учесть высокую стоимость и большие массо-габариты дросселей.

Емкостной фильтр

Для маломощных потребителей простейшим фильтром является конденсатор, подключаемый параллельно нагрузке, в мощных выпрямительных установках применение такого фильтра не рекомендуется, так как он ухудшает форму токов в вентилях и обмотках трансформатора, что приводит к росту потерь в них и повышению установленной мощности, а также ухудшению гармонического состава тока питающей сети. Выпрямители, нагруженные на фильтр в виде конденсатора, используются в широком диапазоне выпрямленных напряжений.  Трансформаторы этих выпрямителей должны иметь большую мощность, чем выпрямители с индуктивным фильтром. К недостаткам выпрямите­лей с емкостным фильтром относятся большая амплитуда тока через выпрямитель­ный диод в момент включения источника.

Г-образный фильтр

 Представляет собой соединение чаще всего индуктивного и емкостного фильтров, начинаясь с индуктивного элемента, позволяет обеспечить непрерывность тока в цепи нагрузки и благоприятный режим работы выпрямителя, однако из-за наличия активного сопротивления дросселя применение этого фильтра при маломощной нагрузке нежелательно. По массогабаритным показателям и стоимостным качествам Г-образный фильтр лучше индуктивного, но хуже емкостного.

Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)