Влияние параметров источника питания для выпрямителя с емкостным фильтром на вид выпрямленного напряжения и потребляемого тока

В настоящее время однофазные и трехфазные выпрямители с емкостными фильтрами широко используются в источниках питания постоянного тока малой и средней мощности при наличии требований обеспечения в нагрузке повышенного качества выпрямленного напряжения со снижением пульсаций переменной составляющей напряжения. При малых мощностях такие преобразователи зачастую питаются непосредственно от сети, а в источниках средней мощности целесообразно применение отдельного выпрямительного трансформатора, к выходу которого подключается выпрямитель. На рис. 1 приведена схема трехфазного мостового выпрямителя с емкостным фильтром, питающегося от выпрямительного трансформатора, при работе на активную нагрузку.

Рис. 1. Схема трехфазного мостового выпрямителя с емкостным фильтром

При исследовании электромагнитных процессов в рассматриваемых преобразователях в зависимости от схемы подключения с использованием выпрямительного трансформатора или без него, могут быть рассмотрены следующие варианты:

1. При наличии выпрямительного трансформатора с учетом сопротивлений обмоток, индуктивностей рассеяния обмоток, сопротивлений вентилей в открытом состоянии.

2. При подключении выпрямителя непосредственно к сети с учетом или без учета небольших сопротивлений вентилей в открытом состоянии. К этому случаю можно отнести вариант, когда при расчетах трансформатор и вентили представляются близкими к идеальным.

При учете реальных параметров элементов преобразователя активные сопротивления фаз обмоток трансформатора RT, работающих в данный момент времени, приведенные к его вторичной стороне, а также сопротивления вентилей RV в открытом состоянии могут быть представлены единым сопротивлением R:

R=R_T+R_V. (1)

При учете реальных параметров элементов рассматриваемой системы при работе выпрямителя его выходное напряжение представляет собой кривую [2], образованную участками заряда (когда мгновенное значение напряжения фазы превышает напряжение на емкости) и разряда (когда мгновенное значение напряжения фазы меньше напряжения на емкости) конденсатора фильтра (рис. 2).

При питании выпрямителя непосредственно от сети без учета сопротивлений вентилей или при их очень малой величине, а также при рассмотрении трансформатора как идеального, работа такого преобразователя имеет особенности, заключающиеся в том, что на интервалах заряда фильтрового конденсатора мгновенные значения напряжения на емкости и напряжения фазы питания выпрямителя равны. На интервале разряда конденсатора напряжение линейно падает в случае, если ток нагрузки близок к постоянному (рис. 3) [1].

Форма кривой потребляемого тока фазы имеет вид, изображенный на рис. 4. Как видно, в момент начала заряда конденсатора происходит скачкообразное возрастание тока с амплитудой, определяемой величиной емкости и напряжением питания, с последующим уменьшением с формой кривой, представляющей собой участок синусоиды. Ток обмотки трансформатора (или ток вентиля) в этом случае имеет несимметричный вид с участками быстрого скачка и более медленного спада, по сравнению с вариантом при наличии сопротивлений обмоток трансформатора. Амплитуда такого импульса тока выше, чем при наличии трансформатора. В результате коэффициент амплитуды потребляемого выпрямителем тока при наличии реальных параметров преобразователя оказывается меньше.

Рис. 2. Осциллограмма выпрямленного напряжения  при учете реальных параметров элементов преобразователя

Рис. 3. Напряжение фазы питания выпрямителя и выпрямленное напряжение  при отсутствии трансформатора

Рис. 4. Осциллограмма фазного потребляемого тока

1. Борисов П.А., Томасов В.С. Расчет и моделирование выпрямителей. Учебное пособие по курсу «Элементы систем автоматики» (Часть I). СПб: СПб ГУ ИТМО, 2009. 169 c.
2. Зиновьев Г.С. Силовая электроника: учеб. пособие для бакалавров / 5-е изд., испр. и доп. М.: Издательство Юрайт, 2012. 667 с.