Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Краткие теоретические сведения

Читайте также:
  1. I. Общие сведения
  2. I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
  3. I. Сведения о наличии в собственности или на ином законном основании оборудованных учебных транспортных средств
  4. IV.1. Общие сведения.
  5. IX.1. Общие сведения об избирательных усилителях.
  6. V. Все теоретические науки, основанные на разуме, содержат априорные синтетические суждения как принципы
  7. VI.1. Основные сведения об усилителях мощности.

Выпрямитель – устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. В зависимости от числа фаз переменного напряжения различают однофазные и многофазные (обычно трехфазные) выпрямители. Структурная схема выпрямителя приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема выпрямителя

Выпрямитель содержит трансформатор Т, необходимый для преобразования напряжения сети U c до величины U 2, определяемой требованиями нагрузки; вентильную группу В, которая обеспечивает одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение U 2 преобразуется в пульсирующее; фильтр Ф, передающий на выход схемы постоянную составляющую напряжения и сглаживающий пульсации напряжения.

Выпрямитель может быть дополнен схемой стабилизации, подключаемой к выходу фильтра и предназначенной для поддержания напряжения на нагрузке неизменным при изменении напряжения U 2 на трансформаторе.

Основными показателями работы выпрямителя являются средние значения выпрямленного тока Id и напряжения Ud:

, (1)

, (2)

где T – период изменения выходного тока (напряжения);

мощность нагрузочного устройства

; (3)

коэффициент пульсаций

, (4)

где U осн m – амплитуда основной (первой) гармоники выпрямленного напряжения;

коэффициент использования вентилей по напряжению

, (5)

где U обр т – максимальное обратное напряжение на вентиле; U обр доп – допустимое обратное напряжение вентиля;

коэффициент использования вентиля по току

, (6)

где I а – среднее значение тока, протекающего через диод, I ан – номинальное значение тока вентиля;

типовая мощность трансформатора

, (7)

где , ;

коэффициент полезного действия

, (8)

где P тр и P д – потери в трансформаторе и диодах.

Основной характеристикой выпрямителя, как и любого источника питания, является внешняя (нагрузочная) характеристика Ud = f (Id). Она позволяет определить номинальное значение выпрямленного напряжения и выходное сопротивление выпрямителя

. (9)

Свойства выпрямителя в значительной степени зависят от характера нагрузки на его выходных зажимах, которая может быть активной (омической), начинающейся с индуктивности и начинающейся с емкости.

Однофазная мостовая схема (рис. 2) строится на однофазном трансформаторе Т. Диодная группа образует мост, к одной диагонали которого подводится переменное напряжение, а в другую диагональ включается нагрузка. Диоды работают парами поочередно (рис. 3): в положительные полупериоды напряжения U 2 ток проводят диоды VD 2 и VD 3, иначе – диоды VD 1 и VD 4.

  Рис. 2. Двухполупериодная мостовая схема выпрямителя   Рис. 3. Диаграммы токов и напряжений

Через нагрузку протекает пульсирующий ток в оба полупериода напряжения u 2. Преимуществами данной схемы выпрямления (по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления) являются увеличение среднего значения выпрямленного тока и напряжения в два раза и значительное уменьшение пульсаций выпрямленного напряжения, при этом значение обратного напряжения на закрытых диодах такое же, как и в однополупериодной схеме выпрямления.

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. 4), вторичные обмотки которого соединяются «звездой». Нагрузка включается между объединенными катодами диодов и нулевой точкой трансформатора. Из временных диаграмм (рис. 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.

Рис. 4. Трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом Рис. 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 k п (по сравнению с однофазной схемой выпрямления). Недостаток схемы – подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током, что приводит к снижению его КПД.

Трехфазный мостовой выпрямитель (рис. 6) можно рассматривать как два трехфазных выпрямителя, соединенных последовательно. Первый содержит диоды VD 1, VD 3, VD 5, второй – диоды VD 2, VD 4, VD 6. 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. 7) видно, что в интервале времени t 1t 2 открыты диоды VD 1, VD 4, t 2t 3VD 1, VD 6, t 3t 4VD 3, VD 6 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.

Рис. 6. Трехфазный мостовой выпрямитель Рис. 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

. (10)

Простейшими фильтрами являются конденсатор, включенный параллельно нагрузке (емкостный фильтр, рис. 8, а), и дроссель, включенный последовательно с нагрузкой (индуктивный фильтр, рис. 8, б).

Таблица 1

Параметры типовых выпрямительных схем при активной нагрузке

Параметр Схема выпрямления
однофазная мостовая трехфазная
с нулевым выводом мостовая
Число фаз m      
Число групп вентилей q      
Эффективное значение напряжения U 2 1,11 Ud 0,86 Ud 0,43 Ud
Максимальное обратное напряжение на вентиле U обр m 1,57 Ud 1,21 Ud 1,045 Ud
Частота основной гармоники f о.г 2 f c 3 f c 6 f c
Коэффициент пульсаций k п 0,67 0,25 0,057
Среднее значение прямого тока вентиля I a Id / 2 Id / 3 Id / 3
Максимальное значение прямого тока вентиля I a m 1,57 Id 1,21 Id 1,045 Id
Ток первичной обмотки трансформатора I 1 (1,11/ k) Id (0,472/ k) Id (0,82/ k) Id
Ток вторичной обмотки трансформатора I 2 1,11 Id 0,576 Id 0,82 Id
Габаритная мощность трансформатора S тр 1,23 Pd 1,35 Pd 1,045 Pd

Пульсации на выходе емкостного фильтра определяются постоянной разряда конденсатора , поэтому такие фильтры целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором при небольшой мощности выпрямителя.

а б

Рис. 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

. (11)

Чем больше значение L ф или меньше R н, 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

Рис. 9. Г-образные фильтры: а – LC -фильтр; б – RC -фильтр

В Г-образном LC -фильтре переменная составляющая выпрямленного напряжения снижается из-за сглаживающего действия C ф и падения ее на L ф. Постоянная составляющая на нагрузке R н практически не уменьшается, так как активное сопротивление дросселя мало. Сопротивление конденсатора должно быть значительно меньше R н, а сопротивление дросселя . Коэффициент сглаживания определяется по формуле:

. (12)

В маломощных выпрямителях, у которых сопротивление нагрузки R н составляет несколько килоом, вместо L ф целесообразно включать R ф, что позволяет уменьшить массу, габариты и стоимость фильтра. Поскольку при этом несколько снижается напряжение на нагрузке, значение сопротивления R ф выбирают из соотношения:

; (13)

.

Для RC- фильтра коэффициент сглаживания меньше, чем для LC -фильтра, и определяется он по формуле:

. (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:

, (15)

где S c и S г – коэффициенты сглаживания емкостного и Г-образного фильтров.

а б

Рис. 10. Многозвенные П-образные фильтры

При сопротивлении нагрузки в несколько килоом используется CRC -фильтр (рис. 10, а), при малом R нCLC -фильтр (рис. 10, б).

Внешней характеристикой выпрямителя (рис. 11) называют зависимость напряжения на нагрузочном устройстве от тока в нем: Ud = f (Id). В реальном выпрямителе значения сопротивления диодов и обмоток трансформатора не равны нулю, поэтому на этих сопротивлениях создается падение напряжения.

В результате для выпрямителей без фильтра (см. рис. 11, прямая 1) зависимость Ud = f (Id) описывается следующим уравнением:

, (16)

где Ud х.х – напряжение холостого хода выпрямителя; R пр – сопротивление открытых вентилей выпрямителя, включенных последовательно с нагрузкой; R т – активное сопротивление обмотки трансформатора.

В выпрямителях с емкостным фильтром (см. рис. 11, кривая 2) 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 r др и учитывается падение напряжения на индуктивном сопротивлении обмотки рассеяния xs:

, (17)

где , а параметры а и b приведены в табл. 2.

Внешняя характеристика выпрямителя с Г-образным RC -фильтром (см. рис. 11, кривая 3) имеет еще более крутой наклон, чем кривая 2, из-за дополнительного падения напряжения на последовательно включенном резисторе R ф.

 

Таблица 2

Параметры схем выпрямления

Параметр Схема выпрямления
однофазная мостовая трехфазная
с нулевым выводом мостовая
a = Ud / U 2 1 / 1,11 1 / 0,86 1 / 0,43
b = I 2 / Id 1,11 0,576 0,82

 


Дата добавления: 2015-07-17; просмотров: 178 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Пример расчета | Методические указания | Краткие теоретические сведения | Пример расчета |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Типы организационной культуры| Методические указания

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.012 сек.)