Лекции 5-6 - Конспекты, страница 5

Ток I1 находим, определив амплитудутока I2m во вторичной цепи:I 2 m  I д. макс I1 2U 2  I ср ;RН2II2m 1 1I ср  1,11 ср .n2n 2 2n35(5.62)(5.63)Электропитание РЭАГлава 5Расчётные мощности обмоток трансформатора P1 и P2 находят попроизведениям действующих значений токов и напряжений обмоток, атиповую мощность PT – как среднее арифметическое мощностей P1 и P2:P1  U1I1  1, 23U ср I ср ;(5.64)P2  2U 2 I 2  1,74U ср I ср ;(5.65)PT P1  P2 1, 48U ср I ср .2(5.66)Процессы в схеме выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке(рисунок 5.14) рассмотрим с помощью временны́ х диаграмм, приведённых нарисунке 5.15, где для сравнения пунктиром показаны кривые, соответствующиережиму активной нагрузки.Рисунок 5.14 – Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой приактивно-индуктивной нагрузкеОтличие заключается в том, что вследствие влияния индуктивности ток вцепи нагрузки iвых получается сглаженным.

Под действием индуктивности токiвых не спадает до нуля при нулевых значениях напряжения uвых. Поскольку ток вцепи с индуктивностью отстаёт по фазе от напряжения, максимумы тока iвыхследуют с некоторой задержкой во времени относительно максимумовнапряжения ивых.36Электропитание РЭАГлава 5Форма кривых тока и напряжения в нагрузке RH одинакова.

Поэтомукривая uвыхН на рисунке 5.15б имеет тот же вид, что и кривая iвых на рисунке5.15в.ПриувеличениииндуктивностиLеёсглаживающеедействиеповышается и пульсации в кривой uвыхН уменьшаются. В предположении L  переменная составляющая uвыхН будет полностью приложена к реактору L, а нанагрузке будет действовать только постоянная составляющая Uср.Рисунок 5.15 – Временны́ е диаграммы работы двухполупериодноговыпрямителя со средней точкой при активно-индуктивной нагрузке37Электропитание РЭАГлава 5Изменение формы кривой iвых по сравнению со случаем активнойнагрузки приводит к изменению вида кривых токов выпрямителя iд1  i21 ,iд 2  i22 и i1.

Форма кривых токов iд1, iд2 близка к прямоугольной. Их среднеезначение равно I д I ср2. Отличие от прямоугольной формы становится менеезаметным с увеличением L.Принявприактивно-индуктивнойнагрузкекривыетоковi2,i1прямоугольной формы, запишем выражения для их действующих значений:I ср12I2 Idt,ср2 02(5.67)2I ср1  I ср I1 dt. 0  n n(5.68)Соотношения для мощностей трансформатора будут иметь вид:P1  U1I1  1,11U ср I ср ;(5.69)P2  2U 2 I 2  1,57U ср I ср ;(5.70)PT  1,34U ср I ср .(5.71)Активно-ёмкостная нагрузка выпрямителя (рисунок 5.16) создаётся прииспользованииконденсаторадлясглаживаниякривойвыпрямленногонапряжения.Рисунок 5.16 – Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой приактивно-ёмкостной нагрузке38Электропитание РЭАГлава 5Включение конденсатора параллельно нагрузке изменяет режим работывыпрямителя по сравнению с работой при чисто активной и активноиндуктивной нагрузках.

Поведение схемы, обусловливаемое процессами зарядаи разряда конденсатора, характеризуется импульсным режимом её работы.Состояния диодов в схеме здесь также определяются напряжениями u2-1 иu2-2. Однако в отличие от предыдущих случаев для отпирания диода VD1 илиVD2 недостаточно только изменения отрицательной полуволны напряжения u2-1или положительной полуволны u2-2. Необходимо, чтобы указанные напряженияпревысили напряжение на конденсаторе С, определяющее потенциал катодовдиодов VD1 и VD2 и выходное напряжение uвых (рисунок 5.17).Пусть на интервале времени 0-ωt1 u21  0 и u22  0 , а напряжение наконденсаторе uвых  u2 . На этом интервале оба диода закрыты. Диод VD2заперт, посколькуu22  0 , и к диоду VD2 прикладывается обратноенапряжение, равное u22  uвых . Диод VD1 заперт вследствие того, чтонапряжениеегокатодаотносительнонулевойточки,определяемоенапряжением uвых, превышает напряжение анода, создаваемое напряжением u2-1.На интервале 0-ωt1 нагрузка RH и конденсатор С отделены запертыми диодамиот вторичных обмоток трансформатора.

Питание нагрузки производится отконденсатора, разряжающегося на неё с постоянной времени   CRН .По мере приближения к моменту времени ωt1 напряжение вторичнойобмотки u2-1 увеличивается, стремясь к напряжению на конденсаторе, чтоприводит к уменьшению обратного напряжения на диоде VD1. В моментвремени ωt1 u21  uвых – и диод VD1 открывается, подключая конденсатор инагрузку к напряжению вторичной обмотки трансформатора u2-1. Интервалt1  t2 соответствует этапу заряда конденсатора под действием напряженияu2-1.39Электропитание РЭАГлава 5Рисунок 5.17 – Временны́ е диаграммы работы двухполупериодноговыпрямителя со средней точкой при активно-ёмкостной нагрузке40Электропитание РЭАГлава 5Вследствие падения напряжения в цепи заряда от протекания зарядноготока напряжение на конденсаторе, а следовательно, и напряжение uвых наинтервале ωt1-ωt2 оказывается несколько меньше напряжения u2-1.

Падениенапряжения складывается из падений напряжения на активных сопротивленияхпервичной и вторичной обмоток трансформатора и соединительных проводов, атакже падения напряжения на диоде. Зарядный ток конденсатора, токвторичной обмотки трансформатора и ток диода iд1 имеют вид импульсов самплитудой Iд.макс. С учётом коэффициента трансформации n такую же формуимеет и первичный ток i1.Процесс заряда конденсатора заканчивается в момент времени ωt2, когданапряжение на нём становится равным напряжению u2-1.На интервале ωt2-ωt3 диоды VD1 и VD2 заперты. На этом интервалепроисходит разряд конденсатора на нагрузку.

Кривая uвых здесь представляетсобой экспоненту с постоянной времени   CRН .В момент времени ωt3 напряжение u2-2 нижней полуобмотки становитсяравным uвых. Диод VD2 открывается и на интервале ωt3-ωt4 пропускает импульсзарядного тока iд2 конденсатора. Через первичную обмотку трансформаторапротекает импульс тока, совпадающий по фазе с напряжением u1. Впоследующем процессы в схеме повторяются.Кривая напряжения uвых отличается от аналогичной кривой при активнойнагрузке.

Наличие конденсатора делает её сглаженной. При постояннойвремени   CRН  (4...8) / f c коэффициент пульсации выходного напряженияне превышает 0,02-0,04. Его расчёт производят по формулеKП Поскольку iвых 1.2 fc(5.72)uвых, ток нагрузки также получается достаточно хорошоRНсглаженным.41Электропитание РЭАГлава 5В то время как при активной и активно-индуктивной нагрузках среднеезначение напряжения Uср(без учёта падений напряжения в схеме) равно 0,9U2,при наличии конденсатора напряжение Uср близко к амплитудному значениюU 2 m  2U 2 в режиме холостого хода.Потребление энергии цепью нагрузки из питающей сети переменноготока носит импульсный характер.

В течение сравнительно коротких интерваловвремени конденсатор получает энергию от источника, а затем отдаёт её внагрузку.Импульсныйхарактерпотребленияэнергиисопровождаетсяпротеканием через первичную и вторичную обмотки трансформатора, а такжедиоды импульсов зарядного тока конденсатора. При этом амплитудноезначение тока диодов I д. макс  (3...8) I ср .При использовании ёмкостного фильтра необходимо учитывать влияниена коэффициент пульсации сопротивления нагрузки. Поскольку эффективностьфильтраповышаетсясувеличениемсопротивлениянагрузки,егоцелесообразно применять при мощности нагрузки не более несколькихдесятков ватт.Рассматриваемый выпрямитель характеризуется довольно высокимитехнико-экономическими показателями и широко используется на практике.Эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньше пульсации по сравнению соднополупериоднойсхемойвыпрямления.Ёмкостьконденсатораприодинаковом с однополупериодной схемой коэффициенте пульсаций можетбыть в 2 раза меньше.

К недостаткам схемы следует отнести то, что она имеетболее сложную конструкцию трансформатора и нерациональное использованиев трансформаторе меди и стали. Также при проектировании такоговыпрямителя полезно помнить о сравнительно большом обратном напряжениина диодах.Однофазный мостовой выпрямитель (схема Греца) можно считатьпределом совершенства однофазных выпрямителей.42Электропитание РЭАГлава 5Схема Греца – это мост, в одну диагональ которого включается источникпеременного напряжения, в другую – нагрузка (рисунок 5.18). Не известнадругая однофазная схема, в которой бы так рационально использовались диоды.Диоды в рассматриваемой схеме включаются и выключаются парами. Однапара – это диоды VD1 и VD3, а другая – VD2 и VD4. Временны́ е диаграммыработы схемы Греца приведены на рисунке 5.19.В положительный полупериод ток проходит через диоды VD1 и VD3.

Таккак в это время диоды VD2 и VD4 закрыты, к ним прикладывается обратноенапряжение. В отрицательный полупериод ток проходит через диод VD2,нагрузку RН к диоду VD4. При этом обратное напряжение прикладывается кдиодам VD1 и VD3. Таким образом, ток в цепи нагрузки в каждый периодпроходит в одном направлении, и его среднее значение зависит отвыпрямленногонапряженияисопротивлениянагрузки.Числовыпрямления в данной схеме m = 2.Рисунок 5.18 – Однофазная мостовая схема выпрямления43фазЭлектропитание РЭАГлава 5Рисунок 5.19 – Временны́ е диаграммы работы однофазной мостовой схемывыпрямленияВыпрямленное напряжение uвых имеет постоянную составляющую Uср ипеременную составляющую, которая пульсирует с двукратной частотой поотношению к частоте сети.Выходное напряжение uвых при чисто активной нагрузке, как и в схеме свыводом нулевой точки трансформатора, имеет вид однополярных полуволннапряжения. Форма токов в первичной и вторичной обмотках синусоидальная.Ток вторичной обмотки в течение периода повторения напряжения сети44Электропитание РЭАГлава 5изменяет своё направление дважды – и подмагничивание трансформатораотсутствует.Всепараметрысхемыопределяютсяметодами,аналогичнымиприведённым выше.