РЕАЛИЗАЦИЯ ДИОДНОГО ВОСЕМНАДЦАТИПУЛЬСНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

АННОТАЦИЯ

В данной статье предложено рассмотреть стандартные схемные решения, используемые при создании многопульсных диодных выпрямителей. Представлены графики выпрямленного напряжения и тока, потребляемого из сети выпрямителем.

ABSTRACT

In this article, it is proposed to consider standard circuit solutions used in the creation of multipulse diode rectifiers. The graphs of the rectified voltage and current consumed from the network by the rectifier are presented.

Ключевые слова: выпрямитель, трехфазный выпрямитель, трехфазный мост, преобразователь частоты, диоды.

Keywords: rectifier, three-phase rectifier, three-phasediode bridge, frequency converter, diodes.

Выпрямитель  — преобразователь электрической энергии, предназначенный для преобразования входного переменного электрического тока в постоянный ток. Существует множество различных схем выпрямления токов. Выпрямители имеют очень широкое применение, как в микроэлектронике, так и в силовой преобразовательной технике. Они могут использоваться как выпрямители для питания потребителей постоянного тока, а также в составе других устройств.

Диодные мостовые выпрямители являются частью преобразователей частоты, содержащих звено постоянного тока. Как правило, при создании схем преобразователей частоты используются трехфазные 6-пульсные выпрямители (схема Ларионова). На их основе формируются диодные многопульсные выпрямители, которые используются для питания многоуровневых автономных инверторов. Многопульсные выпрямители позволяют существенно улучшить форму токов, потребляемых нагрузкой из сети.

Диодный 18-пульсный выпрямитель выполняется из трех трехфазных мостов, включенных выводами постоянного тока последовательно. Упрощенная схема 18-пульсного выпрямителя приведена на рис. 1. Диодный 18-пульсный выпрямитель может использоваться в качестве источника питания четырехуровневого автономного инвертора, образуя в совокупности с ним трехфазно-трехфазный преобразователь частоты.

Рисунок. 1. Упрощенная схема 18-пульсного выпрямителя

Напряжение к мостам подводится от трансформатора, имеющего три вторичных обмотки. Каждая обмотка питает свой мост. Коэффициенты трансформации вторичных обмоток должны быть одинаковыми. Первая вторичная обмотка соединена зигзагом, вторая ¾ звездой, а третья ¾ треугольником. Такое соединение вторичных обмоток позволяет осуществить сдвиг их напряжений и токов на угол y = 20°, что приводит к уменьшению искажений формы напряжения и тока, потребляемого из сети. 

Напряжения, подаваемые с вторичных обмоток на выводы переменного тока мостов, с учетом сдвига на угол y = r/6, запишутся в следующем виде:

; ;

;

; ;

,

; ;

,

где U_m ¾ амплитуда фазного напряжения; r = 2p/3 ¾ угол фазового сдвига; w₁ ¾ угловая частота фазного напряжения.

Выпрямленное напряжение на выводах постоянного тока мостов может быть записано в следующем виде:

;

;

,

где y = p/9; frac(x) ¾ целая часть числа x. Напряжение на выводах постоянного тока выпрямителя .

Если положить, что нагрузкой звена постоянного тока выпрямителя является источник тока I_d, то токи вторичных обмоток трансформатора без учета коммутационных процессов запишутся в следующем виде:

; ;

,

где u_abk = u_ak ­– u_bk, u_bck = u_bk – u_ck, u_cak = u_ck – u_ak, ¾ линейные напряжения мостов k = 1, 2, 3; sign(x) ¾ знак числа x. Токи, потребляемые первичной обмоткой трансформатора из сети,

; ; .

Графики выпрямленного напряжения и тока фазы A, потребляемого из сети, приведены на рис. 2. На этих графиках не учитываются коммутационные процессы в выпрямительных мостах. Угол коммутации в схеме выпрямителя с трансформатором составляет примерно 15°¸20°. Угол сдвига фаз вторичных обмоток 18-пульсного выпрямителя y = 20°. Следовательно, фронты импульсов токов будут полностью сглажены.

Аналогично могут быть образованы диодные выпрямители: 24-пульсные, 30-пульсные и так далее. В импульсной преобразовательной технике такие выпрямители используются для питания многоуровневых инверторов. Для их создания необходимы многообмоточные трансформаторы со сдвигом фаз вторичных обмоток на заданный угол y. В следующем параграфе рассматриваются варианты соединения вторичных обмоток трансформаторов с заданным углом сдвига фаз.

Рисунок. 2. Графики выпрямленного напряжения и тока, потребляемого из сети 18-пульсным выпрямителем

Список литературы:

1. Белоусов И.В., Гельвер Ф.А., Самосейко В.Ф., Хомяк В.А. Широтно-импульсные преобразователи электрической энергии: Монография. – СПб.: ФГУП «Крыловский государственный научный центр», 2019. 228 с.: ил.
2. Иванов И.И., Соловьев Г.И., Фролов В.Я. Электротехника и основы электроники: Учебник. – 9-е изд., стер. – СПб.: Издательство «Лань», 2017. – 736 с.: ил.
3. Карлов Б., Есин Е. Современные преобразователи частоты: методы управления и аппаратная реализация// Силовая электроника. 2004. № 4. С. 58-61.
4. Лазарев Г.Б. Высоковольтные преобразователи частоты для частотно-регулируемого электропривода. Построение различных схем // Новости электротехники. 2005. №2(32). С. 30-36.
5. Розанов Ю.К. Силовая электроника. Учебник для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2007.
6. Самосейко В.Ф. Теоретические основы управления электроприводом. СПб.: Элмор, 2007.