Качество выпрямленного напряжения

Кривая выпрямленного напряжения является пульсирующей кривой. Для нулевых схем – это огибающая фазных напряжений, для мостовых – линейных.

где а – коэффициент схемы, равный отношению амплитуды выпрямленного напряжения к амплитуде фазного напряжения.

Выпрямленное напряжение является периодической функцией и состоит из постоянной составляющей U₁₀, численно равной среднему значению, и переменной составляющей U_d0ν, представляющей суммы высших гармонических составляющих. Разложение кривой выпрямленного напряжения на постоянную составляющую и гармоники производится с помощью ряда Фурье. Кривая выпрямленного напряжения симметрична относительно оси ординат, то есть является четной функцией, а при разложении ее в ряд Фурье синусные коэффициенты равны нулю:

а₀ – постоянный член ряда Фурье;

неуправляемый выпрямитель:

управляемый выпрямитель:

инвертор:

Переменная составляющая представляет собой сумму ряда высших гармоник, порядок которых обозначается n. Порядок гармоники выражается относительно кривой питающего напряжения и равен:

где Т_пит – период питающего напряжения (2π);

Т_n – период n-ой гармоники.

В кривой выпрямленного напряжения могут содержаться только те гармоники, в период которых укладывается целое число раз l в интервале одной пульсации:

из этого следует, что порядок n-ой гармоники определяется по выражению:

Такие гармоники получили название канонических.

Значение амплитуды n-ой гармоники:

в относительных единицах:

Действующее значение:

Из этих выражений видно, что доля n-ой гармоники зависит от ее порядкового номера. При увеличении числа пульсаций уменьшается число гармоник. Доля же каждой данной n-ой гармоники остается прежней.

Действующее значение n-ой гармоники любого преобразователя определяется по выражению:

Действующее значение переменной составляющей выпрямленного напряжения при холостом ходе:

Основным критерием, характеризующим относительную величину переменной составляющей кривой выпрямленного напряжения является коэффициент полной волнистости, то есть отношение эффективного (действующего) значения переменной составляющей к среднему значению выпрямленного напряжения:

для неуправляемого выпрямителя:

для управляемого выпрямителя:

Преимущество отдается преобразователям с большим числом пульсаций, так как из-за меньшей доли высших гармоник в кривой напряжения уменьшается влияние преобразователей на смежные линии связи, работу тяговых машин и рельсовых цепей.

Форма кривой напряжения при нагрузке при синусоидальном и симметричном питающем напряжении искажается из-за процесса коммутации, кроме того, происходим искажение кривой из-за наличия угла α, но порядок гармоник, содержащихся в кривой сохраняется, так как период и продолжительность пульсаций не изменяются. Однако, доля гармоник несколько увеличивается, так как теперь кривая выпрямленного напряжения несимметрична относительно оси ординат. В составе ряда Фурье для нее появятся и косинусные, и синусные члены. Амплитуда гармоник в этом случае определяется как