Лекции 5-6 - Конспекты, страница 12

д.)Как правило, для получения в нагрузке мощностей менее 1 кВтприменяют однофазные мостовые схемы, а также двухполупериодные сосредней точкой (последние – для малых напряжений).Для получения малых токов и высоких напряжений целесообразноприменять схемы с умножением напряжения.Трёхфазные схемы распространены в выпрямителях для получениябольших мощностей (свыше 1 кВт).Шестифазные (и более) схемы применяют исключительно для получениябольших мощностей (десятки киловатт и выше).В реальных условиях выпрямитель очень редко работает на активнуюнагрузку, так как в большинстве случаев для сглаживания пульсациивыпрямленного напряжения применяют фильтры, содержащие ёмкости ииндуктивности.

Иногда сама нагрузка может содержать реактивные элементы.Впрочем, сглаживающий фильтр может отсутствовать в многофазныхвыпрямителях, имеющих малую пульсацию выпрямленного напряжения.94Электропитание РЭАГлава 5Таким образом, обычно выпрямитель работает или на нагрузку сёмкостной реакцией (если фильтр ёмкостный или его первым элементомявляется ёмкость), или на нагрузку с индуктивной реакцией (если фильтриндуктивный или его первым элементом является индуктивность).Индуктивный фильтр применяют для выпрямителей средней и большоймощности, так как он позволяет обеспечить непрерывность тока в цепинагрузки и благоприятный режим работы выпрямителя. Выпрямители синдуктивным фильтром применяют в широком диапазоне выпрямленныхнапряжений.

Такие выпрямители имеют большее внутреннее сопротивление посравнениюсвыпрямителямисёмкостнымфильтром.Применениеиндуктивного фильтра ограничивает импульс тока через диоды при включениивыпрямителя в питающую сеть. Недостатком выпрямителей с таким фильтромявляются перенапряжения, возникающие на выходной ёмкости и на дросселефильтра при включении выпрямителя и при скачкообразных изменениях токанагрузки, что представляет опасность для элементов самого выпрямителя и егонагрузки. Также следует учесть высокую стоимость и неудовлетворительныемассогабаритные характеристики дросселей.Длямаломощныхпотребителейпростейшимфильтромявляетсяконденсатор, подключаемый параллельно нагрузке, в мощных выпрямительныхустановках применение такого фильтра не рекомендуется, так как он ухудшаетформу токов в вентилях и обмотках трансформатора, что приводит к роступотерь в них и повышению установленной мощности, а также ухудшениюгармонического состава тока питающей сети.

Выпрямители, нагруженные нафильтр в виде конденсатора, используют в широком диапазоне выпрямленныхнапряжений. Трансформаторы этих выпрямителей должны иметь бо́ льшуюмощность, чем выпрямители с индуктивным фильтром. К недостаткамвыпрямителей с ёмкостным фильтром относят большую амплитуда тока черезвыпрямительный диод в момент включения источника.95Электропитание РЭАГлава 5Таким образом, физические процессы, как было показано ранее, привыпрямлении существенно зависят от типа нагрузки, что, в свою очередь,определяет ту или иную методику расчёта выпрямителя.К настоящему времени наибольшее распространение получили дверасчётные модели выпрямителей, работающих на ёмкостный сглаживающийфильтр. Первую из них используют при расчётах выпрямителей, содержащихтрансформатор, когда индуктивность рассеяния LS и сопротивление фазыrф  rд  rтр существенны и их следует учитывать.Если Ls  0 , то вентиль открыт в интервале   t   , значительноме́ ньшем π импульс тока симметричен.

При Ls  0 форма импульса токаискажаетсяиувеличиваетсяегодлительность,котораязависитототносительного реактивного сопротивления фазыx2 f c Ls.rф(5.128)При расчёте выпрямителя на ёмкостную нагрузку необходимо отметитьследующее.1. При нагрузке, начинающейся с конденсатора, выпрямитель работает сотсечкой тока. Импульсы тока вентилей имеют длительность, меньшую T/m.2.

Выпрямленное напряжение и ток нагрузки имеют пилообразнуюформу.3. Чем больше ток нагрузки, тем больше угол отсечки тока и тем меньшевыпрямленное напряжение;4. Ёмкость конденсатора определяет как напряжение пульсации, так иотклонение от косинусоидальной формы импульса тока.Параметры выпрямителя Uср и Iср связаны с расчётным параметром A какA  , x   tg   откоторогозависятследующие rф I ср,m U српараметры,выпрямителя:96(5.129)характеризующиеработуЭлектропитание РЭАГлава 5U 2  U ср B  A, x  ,I д. макс Iд I срmK П1 I срm(5.130)F  A, x  ,(5.131)D  A, x  ,(5.132)1H  A, x, m  .f сCrф(5.133)Также вместо расчётного параметра A находит применение и параметр A0:A0  , x  A  , x  1 rф I ср.m U ср(5.134)В данных формулах m – фазность схемы выпрямителя (количествоимпульсов тока, протекающего в нагрузке за период выпрямленногонапряжения).Так как Uср и Iср при расчёте обычно заданы, а значение m определяетсясхемой выпрямления, то для определения расчётного параметра A иреактивного сопротивленияx первоначально задаются приближеннымизначениями коэффициентов B  1 и D  2 .

Это позволяет ориентировочновыбрать тип вентиля и рассчитать трансформатор.Дляуточненияполученныхданныхдалеерасчётпроводятграфоаналитическим методом. Значения коэффициентов B, D, F, H обычнопредставлены в виде соответствующих графиков (рисунок 5.51).Вторую модель применяют для расчёта бестрансформаторных (сетевых)выпрямителей.

Фаза сети имеет малые rф и LS, которые практически не влияютна процессы в выпрямителе. При этом напряжение на ёмкости при её зарядеследуетзаЭДСработающейфазы.Минимальноезначениеёмкостисглаживающего фильтра, ограниченное допустимой амплитудой напряженияпеременной составляющей, можно оценить для двухфазных схем какC мин 106мкФ .fc RН97(5.135)Электропитание РЭАГлава 5Рисунок 5.51 – Зависимости коэффициентов B, D, F, H для расчётавыпрямителей98Электропитание РЭАГлава 5При величине ёмкости С сглаживающего фильтра бо́ льшей Сминвыпрямленное напряжение uвых можно считать практически постоянным иравным Uср.Приведём далее типовыебестрансформаторныхпримерывыпрямительныхрасчётаустройствтрансформаторных исёмкостнымтипомнагрузки.I.Трансформаторноевыпрямительноеустройствосёмкостнойнагрузкой для ИЭП фонокорректораИсходными данными для проектирования являются:- напряжение на нагрузке Uср = 22 В;- ток нагрузки Iср = 100 мА;- напряжение питающей сети переменного тока U1 = 220 В (однофазное);- частота питающей сети fc = 50 Гц;- коэффициент пульсации выпрямленного напряжения по первойгармонике KП2 = 0,01.1.

Определяем сопротивление нагрузки:RН U срI ср22 220 Ом .0,12. Определяем выходную мощность выпрямителя:Pвых  U ср I ср  22  0,1  2,2 Вт .3. Учитывая малую мощность, отдаваемую в нагрузку, в данном случаевозможно применение двухполупериодной схемы со средней точкой имостовой однофазной схемы (схемы Греца). Чтобы не усложнять конструкциютрансформатора, выбираем мостовую схему выпрямления – и в качествевентильного блока возьмём серийно выпускаемую малогабаритную диоднуюсборку.Учитываяневысокиетребованиякподавлениюпульсациивыпрямленного напряжения, выберем простейший сглаживающий фильтр изодной ёмкости.99Электропитание РЭАГлава 54.

Для выбранной схемы выпрямления находим предварительныезначения обратного напряжения на диоде, среднего тока через диод имаксимального значения тока через диод по табличным формулам (см. таблицу5.1):U обр. макс  1,57U вх  1,57  22  35 В ;Iд I ср20,1 0,05 А ;2I д. макс  1,57 I ср  1,57  0,1  0,157 А .5.

В качестве вентильного блока выбираем диодную сборку типа B05S.Онаимеетследующиехарактеристики:U обр. макс  50 В ,I д  0,5 А ,I д. макс  50 А , U пр. макс ( I ср )  1,1 В .6. Сопротивление диода найдём после аппроксимации ВАХ диода как:rд U пр  U порI пр0,8  0, 4 4 Ом .0,17. Ориентировочные значения активного сопротивления обмоток ииндуктивности рассеяния трансформатора, приведённые к фазе вторичнойобмотки, определяем как (для выпрямленных токов не менее 20 мА)rтр  krLS  k LU срI ср f c BmsU ср p  124I ср f c Bm4sfc Bm221  50  14 3,5  33,6 Ом ,U ср I ср0,1  50  1 22  0,1U ср I срsfc Bm 5,0  103 1  2222  0,14 10 мГн ,2 2  1  0,1  50  1 1  50  1где было принято, что Bm – индукция в сердечнике трансформатора, равная1 Тл, а s = 1 и p = 2 для броневого трансформатора.

В формулах kr и kL –табличные расчётные коэффициенты для данного типа схемы.8. Активное сопротивление фазы выпрямителя найдём какrф  2rд  rтр  2  4  33,6  41,6 Ом .100Электропитание РЭАГлава 5В данном случае множитель перед сопротивлением диода показывает, чтов мостовой однофазной схеме одновременно два диода проводят ток.9.

Определяем значения основного расчётного параметра A какA    rф I ср 3,14  41,6  0,1 0,297 ,mU ср2  22A0 A   0,297 0,095 .3,1410. Угол отсечки можно найти средствами MathCAD из выраженияA    tg     . Угол отсечки соcтавит   49 .11. Реактивное сопротивление фазы найдём как2 fc LS 2  3,14  50 10  10 3 75 мОм ,rф41,6x  tg при этом угол φ равен 4,3°.Реактивное сопротивление фазы мало по сравнению с активнымсопротивлением, поэтому данные расчёта по аналитическим выражениямдолжны хорошо сходиться с практикой даже без применения дополнительныхграфических зависимостей.12.Действующеезначениенапряжениявторичнойтрансформатора составитU 2  U ср B0 U ср2 cos22 23,7 В .2 cos 4913.