Лекции 5-6 - Конспекты (1095374), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Основные параметры выпрямителя имеют следующий вид:U ср 2 2U 2  0,9U 2 ,U обр. макс  2U 2 U ср  1,57U ср ,2(5.74)1I ср ,2(5.75)I 2  1,11I ср ,(5.76)I д.ср I1  1,11I д. макс  2(5.73)I срn,U вх  I ср  1,57 I ср ,RН 2(5.77)(5.78)2 0,67 ,3(5.79)PT  1, 23U ср I ср .(5.80)KП Преимуществами мостовой схемы выпрямителя являются более простойтрансформатор, содержащий только одну вторичную обмотку, ме́ ньшееобратное напряжение (при данном напряжении Uср), на которое следуетвыбирать диоды, а также повышенный КПД. Указанные преимуществакомпенсируют недостатки схемы, заключающиеся в бо́ льшем числе диодов ибольших пульсациях выпрямленного напряжения.

Поэтому мостовая схеманашла преобладающее применение в выпрямителях однофазного токанебольшой и средней мощности. Часто все четыре диода выпрямителяпомещают в один корпус.Из-за сильно увеличенного по сравнению с выпрямителем со среднейточкой падения напряжения на выпрямительных диодах, данная схема редкоиспользуется при выпрямлении низких напряжений (меньше 5 В.)45Электропитание РЭАГлава 5Режимы работы мостовой схемы при активно-индуктивной и активноемкостной нагрузках ничем не отличаются от аналогичных режимоводнофазной схемы с выводом нулевой точки.Мостовую схему выпрямителя с выводом нулевой точки трансформатора(рисунок 5.20), нашедшую применение для создания двух разнополярныхотносительно нулевой точки выпрямленных напряжений, можно рассматриватькак сочетание двух нулевых схем (одной – на диодах VD1, VD3, другой – надиодах VD2, VD4).Рисунок 5.20 – Получение двуполярного напряжения с помощью мостовойсхемыОтметим, что выше при выводе расчётных формул предполагалось, чтотрансформатор и вентили идеальные.

В реальном выпрямителе сопротивлениявентилей и обмоток трансформатора не равны нулю. Ток нагрузки, протекаячерез эти сопротивления, создаёт на них падение напряжения, что приводит куменьшению напряжения на нагрузке. С ростом тока нагрузки потери насопротивлениях вентилей итрансформаторабудутрасти,и поэтомунапряжение на нагрузке будет пропорционально уменьшаться. Зависимостьнапряжения на нагрузке от тока нагрузки U ср  f  I ср  называется внешней(нагрузочной) характеристикой.

Эта характеристика является одной изважнейших характеристик выпрямителя.46Электропитание РЭАГлава 5Если выпрямитель не нагружен, то ток нагрузки равен нулю и потери насопротивлениях вентилей и трансформатора также равны нулю. Такой режимработы выпрямителя называют режимом холостого хода. В режиме холостогохода выходное напряжение выпрямителя максимально. Именно это напряжениеранее мы получали в расчётных соотношениях, так как потери полагалисьравными нулю.При подключении нагрузки появляется ток выпрямителя Iср и поэтомувыходное напряжение будет меньше:U ср  U ХХ   rтр  rд N  I ср ,(5.81)где UХХ – напряжение холостого хода; rд – дифференциальное сопротивлениевентиля; rтр – активное сопротивление обмоток трансформатора; N – числовентилей, через которые протекает ток нагрузки.Уравнение (5.81) описывает внешнюю характеристику выпрямителя(рисунок 5.21).Рисунок 5.21 – Внешняя характеристика выпрямителя с активной нагрузкойВ уравнении (5.81) не учтено влияния индуктивного сопротивлениярассеяния обмоток трансформатора.

Это допустимо тогда, когда оно мало посравнению с активным сопротивлением обмоток трансформатора и вентилей. Уполупроводниковых вентилей дифференциальное сопротивление очень мало,поэтомуиндуктивноесопротивлениерассеяниядажеумаломощныхвыпрямителей составляет заметную часть сопротивления фазы выпрямителя.В настоящее время однофазные мостовые схемы выпрямления находятвсё бо́ льшее применение в импульсных AC-DC преобразователях напряжения.47Электропитание РЭАГлава 5В таких ИЭП выпрямители, устанавливаемые между сетью переменного тока иинвертором, являются высоковольтными.Схема сетевого однофазного мостового выпрямителя с ёмкостнымсглаживающим фильтром приведена на рисунке 5.22.

На рисунке Uвх –действующее значение сетевого гармонического напряжения uвх  U вх. макс sin t ,а Uср – среднее значение выпрямленного напряжения. Uвх.макс – это амплитудасетевого напряжения, а   2 f c – циклическая частота сетевого напряжения.Рисунок 5.22 – Схема сетевого однофазного мостового выпрямителя сёмкостным сглаживающим фильтромНарисунке5.23представленыэпюрымгновенныхзначенийвыпрямленного напряжения uвых(ωt) при активном (сплошная линия) иёмкостном (штриховая линия) характерах нагрузки для рассматриваемойсхемы.Рисунок 5.23 – Временные зависимости мгновенных значений напряжения длясетевого однофазного мостового выпрямителя48Электропитание РЭАТаккаксетевойГлава 5выпрямительимееточеньмалоевнутреннеесопротивление, то конденсатор С заряжается до амплитудного значениянапряжения Uвх.макс питающей сети. Время заряда конденсатора tφ соответствуетуглу φ, равному удвоенному значению угла отсечки.Изменение напряжения на конденсаторе составитU C  U вх.

макс 1  cos   .(5.82)В интервале tp, что соответствует углу (π - φ) , конденсатор C отдаётэнергию в нагрузку. Изменение напряжения ΔUC на конденсаторе при егоразряде можно приближённого определить какU C U вх. максt.CRН(5.83)Отметим, что так как сетевые выпрямители работают, в основном, сёмкостными сглаживающими фильтрами, то в этом случае из-за малоговнутреннего сопротивления выпрямителя при включении ИЭП возникаютзначительные броски тока, что может привести к пробою выпрямителя. Чтобыэтого не произошло, на входе ИЭП предусматривают дополнительные схемы иэлементы защиты от превышения пускового тока.5.3.3 Многофазные выпрямителиЭлектропитание постоянным током потребителей средней и большоймощности производится от многофазных выпрямителей.

При выпрямлениимногофазного переменного тока достигается лучшее качество выпрямленногонапряжения за счёт снижения амплитуды пульсаций. Напряжение многофазныхвыпрямителей легче подвергается сглаживанию, так как частота пульсацийздесь выше, чем в однофазных выпрямителях. Положительным фактором впостроении выпрямительных устройств служит и ме́ ньшая загрузка вентилеймногофазных схем по току и напряжению. На практике широкое применениенашли трёхфазные выпрямители.49Электропитание РЭАГлава 5Схема трёхфазного выпрямителя с нулевым выводом (схема Миткевича)приведена на рисунке 5.24, а временны́ е диаграммы его работы на чистоактивную нагрузку – на рисунке 5.25.Рисунок 5.24 – Схема трёхфазного выпрямителя с нулевым выводомСхема состоит из трёх диодов.

Анодные выводы диодов обычноподключают к обмоткам трансформатора, а катодные выводы – к общей точке.Нагрузку включают между нулевой точкой трансформатора и общей точкойдиодов.В момент времени, когда u2 A  0 , а u2 B  0 и u2C  0 , ток будет проходитьтолько через вторичную обмотку и диод VD1. Мгновенное значение этого тока:iд1  i2 A u2 A.RН(5.84)Вследствие протекания тока потенциал катода VD1 будет равенпотенциалу его анода, то есть u2A. Так как катоды диодов всех фаз объединены,то потенциалы катодов VD2 и VD3 тоже будут равны u2A. Поэтому поканапряжение фаз B и C меньше напряжения u2A, диоды VD2 и VD3 не будутпроводить ток.В момент времени, соответствующий точке 2, диод VD2 начинаетпроводить ток, направление которого в нагрузке совпадает с направлением токав предыдущую треть периода.

К диоду VD1 оказывается приложеннымотрицательное напряжение ( u2 A  u2 B ) – и он заперт.50Электропитание РЭАГлава 5Рисунок 5.25 – Временны́ е диаграммы работы трёхфазного выпрямителя снулевым выводом при активной нагрузке51Электропитание РЭАГлава 5Точно так же в момент времени, соответствующий точке 3, проводящимстановится диод VD3, а VD2 заперт. Всегда работает тот диод, анод которогонаходитсяподнаиболееположительнымпотенциалом.Токидиодовскладываются в ток нагрузки:iвых  iд1  iд 2  iд 3 .(5.85)Напряжение на диоде в проводящую часть периода равно нулю. Востальное время (2/3 периода) напряжение на аноде определяется потенциаломэтой фазы, а на катоде – потенциалом фаз проводящих вентилей, то естьuд1  u2 A  u2 B (ток проводит VD2),(5.86)uд1  u2 A  u2 C (ток проводит VD3).(5.87)Таким образом, при активной нагрузке RН ток через каждый диодпротекает в течение 1/3 периода переменного тока, когда напряжение в однойфазе трансформатора больше, чем в других, а выпрямленный ток проходит понагрузке непрерывно.В момент пересечения положительных значений напряжений каждойфазы трансформатора в точках 1, 2 и 3 ток прекращает проходить в одномдиоде и начинает протекать через другой диод.

В результате в нагрузкедействует однополярное пульсирующее напряжение uвых, представляющеесобой участки фазных напряжений u2A, u2B, u2C. При чисто активной нагрузкекривая её тока iвых uвыхимеет ту же форму, что и напряжение uвых. СреднееRНзначение выпрямленного напряжения находят как:15013 6U ср 2U 2 sin tdt U 2  1,17U 2 .2 / 3 302Максимальноеобратноенапряжениенадиодеравно(5.88)амплитуделинейного напряжения, то естьU обр. макс  3 2U 2  2,09U ср .52(5.89)Электропитание РЭАВторичнаяГлава 5обмоткатрансформатораивентильсоединеныпоследовательно. Тогда можно записать:I2 123I22mcos 2 td t  0,48 I 2 m  0,587 I ср .(5.90)3Действующее значение тока первичной обмотки составитI1  0,48I срn.(5.91)Максимальный ток диода:I д.

Характеристики

Список файлов лекций