Расчет выпрямителя расчет транзисторного усилительного каскада синтез логических схем (стр. 3 из 6)
Схемы выпрямления трехфазного тока применяются в основном для питания потребителей большой и средней мощности. Они равномерно нагружают сеть трехфазного тока и отличаются высоким коэффициентом использования трансформатора, низким уровнем пульсаций. Ниже рассматриваются две часто применяемые схемы.
Трехфазные выпрямители с нейтральным выводом строятся на трехфазном трансформаторе (рис. 1.4), вторичные обмотки которого соединяются «звездой». Нагрузка включается между объединенными катодами диодов и нулевой точкой трансформатора. Из временных диаграмм (рис. 1.5) видно, что диоды проводят ток поочередно, каждый – в течение одной трети периода, когда потенциал начала одной фазы более положителен, чем двух других. Два других диода в этот период закрыты.
 Рисунок 1.4 – Трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом |  Рисунок 1.5 – Диаграммы токов и напряжений |
Такая схема нашла применение на средних мощностях (Pd > 1 кВт) при невысоких требованиях к пульсациям выпрямленного напряжения. Достоинство такого выпрямителя – высокая надежность (минимальное число диодов) и низкое значение kп (по сравнению с однофазной схемой выпрямления). Недостаток схемы – подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током, что приводит к снижению его КПД.
Трехфазный мостовой выпрямитель (рис. 1.6) можно рассматривать как два трехфазных выпрямителя, соединенных последовательно. Первый содержит диоды VD1, VD3, VD5, второй – диоды VD2, VD4, VD6. В результате среднее значение выпрямленного напряжения в два раза превышает напряжение в трехфазной схеме с нулевым выводом. Ток в нагрузке и двух диодах появляется тогда, когда к этим диодам приложено наибольшее напряжение. Из временных диаграмм (рис. 1.7) видно, что в интервале времени t1 – t2 открыты диоды VD1, VD4, t2 – t3 – VD1, VD6, t3 – t4 – VD3, VD6 и т. д. Продолжительность работы каждого из диодов составляет 1/3 периода. Схема Ларионова обеспечивает наилучшие показатели использования трансформатора и диодов, дает минимальное значение коэффициента пульсаций и получила высокое распространение. Основные параметры рассмотренных схем выпрямления приведены в табл. 1.
 Рисунок 1.6 – Трехфазный мостовой выпрямитель |  Рисунок 1.7 – Диаграммы токов и напряжений |
Обязательной принадлежностью выпрямителя является сглаживающий фильтр, передающий на выход схемы постоянную составляющую выпрямленного напряжения и снижающий его пульсации. Основным параметром, характеризующим работу сглаживающего фильтра, является коэффициент сглаживания S. Он равен отношению коэффициентов пульсаций на входе и выходе фильтра
. (1.10)Простейшими фильтрами являются конденсатор, включенный параллельно нагрузке (емкостный фильтр, рис. 1.8, а), и дроссель, включенный последовательно с нагрузкой (индуктивный фильтр, рис. 1.8, б).
Пульсации на выходе емкостного фильтра определяются постоянной разряда конденсатора
, поэтому такие фильтры целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором при небольшой мощности выпрямителя.  а |  б |
Рисунок 1.8 – Однополупериодный выпрямитель с различными фильтрами
Эффективность индуктивного фильтра зависит от его постоянной времени
. Длительность импульса тока увеличивается с ростом t. Коэффициент сглаживания индуктивного фильтра 
. (1.11)Чем больше значение Lф или меньше Rн, тем эффективнее фильтр. Индуктивные фильтры обычно применяют в трехфазных выпрямителях средней и большой мощности с малым значением сопротивления нагрузки.
Если необходимо обеспечить коэффициент сглаживания 20 < S < 40, применяют Г-образные (LC-, RC-типа) (рис. 9) и многозвенные П-образные фильтры.
 а |  б |
Рисунок 1.9 – Г-образные фильтры: а – LC-фильтр; б – RC-фильтр
В Г-образном LC-фильтре переменная составляющая выпрямленного напряжения снижается из-за сглаживающего действия Cф и падения ее на Lф. Постоянная составляющая на нагрузке Rн практически не уменьшается, так как активное сопротивление дросселя мало. Сопротивление конденсатора
должно быть значительно меньше Rн, а сопротивление дросселя 
. Коэффициент сглаживания определяется по формуле: 
. (1.12)В маломощных выпрямителях, у которых сопротивление нагрузки Rн составляет несколько килоом, вместо Lф целесообразно включать Rф, что позволяет уменьшить массу, габариты и стоимость фильтра. Поскольку при этом несколько снижается напряжение на нагрузке, значение сопротивления Rф выбирают из соотношения:
; (1.13) 
.Для RC-фильтра коэффициент сглаживания меньше, чем для LC-фильтра, и определяется он по формуле:
. (1.14)П-образный фильтр (рис. 10) представляет собой каскадное соединение емкостного и Г-образного фильтров. Следовательно, коэффициент сглаживания таких фильтров определяется как произведение коэффициентов сглаживания соответствующих фильтров:
, (1.15)где Sc и Sг – коэффициенты сглаживания емкостного и Г-образного фильтров.
 а |  б |
Рисунок 1.10 – Многозвенные П-образные фильтры
При сопротивлении нагрузки в несколько килоом используется CRC-фильтр (рис. 10, а), при малом Rн – CLC-фильтр (рис. 10, б).
В результате для выпрямителей без фильтра зависимость Ud= f(Id) описывается следующим уравнением:
, (1.16)где Ud х.х – напряжение холостого хода выпрямителя; Rпр – сопротивление открытых вентилей выпрямителя, включенных последовательно с нагрузкой; Rт – активное сопротивление обмотки трансформатора.
В выпрямителях с емкостным фильтром внешняя характеристика берет начало из точки
, так как при Id = 0 конденсатор заряжается до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки трансформатора. С ростом тока Id кривая 2 спадает быстрее из-за уменьшения постоянной времени 
.В случае использования индуктивного сглаживающего фильтра добавляется падение напряжения на внутреннем сопротивлении дросселя rдр и учитывается падение напряжения на индуктивном сопротивлении обмотки рассеяния xs:
, (1.17)где
, а параметры а и bприведены в табл. 2.1.3. Расчет
1.3.1 Выбор схемы выпрямителя
Определим сопротивление нагрузки:
Rн = Ud н / Id н;
Rн =
= 10 Ом.Выпрямленная мощность
Pd = Ud н ·Id н;
Pd =160 · 16 = 2 560 Вт.
При мощностях, превышающих 1 кВт, рекомендуется применять выпрямители трехфазного тока. Для уменьшения размеров трансформатора и фильтра выбираем схему Ларионова, имеющую высокие технико-экономические показатели.
1.3.2 Выбор вентилей
Для выбранной схемы определим средний ток через диод:
;