Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 91
Текст из файла (страница 91)
Разлагая в ряд Фурье выходное напряжение, соответствующее случаю проводнмостн н диодов, для любой нз присутствующих на 468 Прк этом, как видно нз рнс. 13.3, б, частота первой (основной) гармоники пульснрующего выходного напряжения а, будет в 2 раза выше частоты входного напряжения и„.
Нетрудно показать, что если в общем случае за период Т будут последовательно проводить а диодов, то (! 3. 15) е =- 2~'(2» — 1) = 2,'3 = 0,67. (13.1 й) Так как в рассматриваемой схеме, как н в одиополупериодной, ток через каждый диод протекает в течение только половины периода, то его действующее значение будет по-пре»кнему определяться выражением (13.10). Полученные выражения показывают, что эффективность однофазного двухполупериодного выпрямителя значительно выше однополупернодиой схемы. что предопределило ее широкое использование в схемах ИВП. К основным недостаткам рассмотренной схемы следует отнести: необходимость двух источников входного напряжения; высокое значение напряжения, прикладываемого к полупроводниковым диодам при их обратном смещении (()л,эр -— 2(7 ); 4Ю выходе гармоник переменного напряжения можно написать гям (У, — ~ У„соз ((пмт) г(г, л -3'~э» где ( — порядковый номер соответствующей гармоники ((=1,2, „.); У„, н (7 ~ — амплитуды соответственно входного напряжения н (-й гармоники пульсирующего выходного напряжения.
Используя выражения (13.!4) н (13.15), можно получить обобщенные выражения для среднего значения выходного напряжения, амплитуды первой из присутствующих гармоник и коэффициента пульсаций выходного напряжения выпрямителя произвольного вида. Единственным условием достоверности полученных выражений является условие безразрывного протекания тока в нагрузке. Из сказанного следует, что полученные выражения не справедливы для адиополупериодной схемы выпрямителя.
Интегрируя выражения (13.14) и (13,15) для первой (основной) гармоники, получаем (7„, == (и!я) У з1п Яп); (!3.!6) (13.17) Подставляя У„,» н У ~ из (1316) и (!317) в выражение (! 3 4), находим коэффициент пульсации » У„,/У„,» = 2!(и» вЂ” 1). (13.18) Очевидно, что при а 2 выражение (13.16) дает результат, аналогичный (13.12). Используя (13.16) для коэффициента пульсаций выходного нанряжепия однофазиой двухполупернодной схемы, получаем а) Рве. 13.4. Схема мостового двухполуперяодного вмпрвмнтелп с одним (а) в двумя (б) вмходнммв непряженпямп малое значение напряжекия Кр, определяемого амплитудой Ом, в то время как суммарная амплитуда входного напряжения схемы равна 20 . Для уяснения причин появления перечисленных недостатков проанализируем еше раз работу схемы рис. !3.3, а.
Вывод «а» сопротивления нагрузки м. постоянно подключен к средней точке источников первичного напряжения и,„ и и,„. В то же время вывод «б» диодами У!'.)1 н П)2 периодически переключается от вывода источника и,'„ к выводу источника и,„. В этом случае ес. тественно предположить, что, если вывод «а» нагрузки при помощи второй аналогичной днодной схемы будет синхронно н протнвофазно подключаться к неиспользуемым иа соответствующем интервале выводам источников и,'„и и",„, необходимость в средней точке входного источника отпадет н 1!.„и („ср увеличатся в 2 разз.
Схемотехническая реализация такого решения приведена на рис.!3.4, а. На интервале 0<е<Т~2 сумма напряжений и',„+и,"„=и„смещает в прямом направлении включенные последовательно с нагрузкой диоды П)! и П)4. При этом диоды У02 и УОЗ смещены в обратном направлении напряжением, приложенным к нагрузке 10деер =О,). На интервале Т~2<Г<Т суммарное напряжение и',„+и,„=и„смешает диоды й)2 н И)З в прямом, а диоды У!)! и Уг)4 в обратном направлении. Из сказанного следует, что, как и в одиофазной двухполупериодиой схеме, напряжение прккладывается к нагрузке в течение всего периода изменения напряжения и,„, При этом его значение при и„=-и,',+и,'„в 2 раза превышает выходное напряжение схемы рис.
13.3, а. Поэтому при одном и том же напряжении нагрузки в схеме рис. 13.4, а к обратпосмещенному диоду прикладывается напряжение в два раза меньшее, чем в схеме рис. 13.3, а. Схема рнс, 13,4, а носит название одиофазиога мостового выпрямителя. Ее основные параметры, как и для двухполупериод- 470 ной схемы со средней точкой, при условии и»»=и',„и,„определяются выражениями (13.12), (13.13) и (13.19). Особенностью рассмотренных однофазных двухполупериодных схем является то, что в схеме со средней точкой последовательно с нагрузкой постоянно включен только один диод, в то время как в мостовой схеме таких диодов два.
Поэтому при низких выходных напряжениях (до 4 .5В) нз-за большего значения КПД чаще применяют схему рнс. 1З.З,а. При повышении выходного напряжения разница в КПД схем уменьшается. Определяюшим фактором становится меньшее обратное напряжение, прикладываемое к запертым диодам схемы рис. 13.4, а. Поэтому при больших уровнях выходного напряжения обычно яспользуют выпрямитель, выполненный по мостовой схеме. Следует отметить, что если мостовую схему выпрямителя использовать совместно с источником, снабженным средней точкой и средний выход каждой пары диодов соединить со средней точкой входного источника через собственную нагрузку, на выхо.
де выпрямителя получим дна равных, но обратных по знаку напряженая (рис. 13.4,б). Такая схема выпрямителя часто используется для питания устройств, построенных с применением операционных усилителей. Трехфазный однополупернодкый выпрямитель. Используя рассмотренные выше принципы, можно построить схемы выпрямителей, работающих от трехфазной сети переменного тока. Для получения схемы трехфазного однополупериодного выпрямителя необходимо использовать входной источник со схемой соединения «звезда» н три однополупериодных мыпрямнтеля. Схема такого устройства и временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на рис. 13,5,и,б.
Анализ временных диаграмм, приведенных на рис. 13,5, б, показывает, что в этом случае в течение одного периода изменения входного напряжения последовательно проводят три диода (по Т/3 каждый). Следовательно, к данной схеме выпрямителя применимы полученные ранее выражения (13.16) — (13,18). В соответствии с этим где (/ ь — амплитуда фазного напряжения.
Спектральный состав выпрямленного напряжения и„= з ' У~ + -2-4-- (/»,есозЗмг — ~ У„всоэб~г+ ЗУ'5 31'3, 3 1' '5 Из приведенного выражения видно, что выпрямленное напря- жение содержит помимо постоянной составляюшей лишь гармо- 47! д удг а) Ф) Ф Рис.
!3.5. Схема трехфазного одиоаотупериоаио~о еыарямитеия (а) и ареиеи- нне лиаграммм, поясиакипае его работу (б) инки, кратные трем: третью, шестую и т. д., т. е, первой из присутствующих в пульсирующем выходном напряжении гармоник является третья гармоника, которая и будет основной гармоникой выходного напряжения. Поэтому частота выходного напряжения в 3 раза превышает частоту входного напряжения н в этом случае коэффициент пульсации *= и.а и„,„=21(За 1) - О,26.
(13.21) Максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно ~мпл~~уде линейного напряжения, т. е. 0аеер Ума "13Уе. Трехфазный двухполупернодный выпрямитель (схема Лариоиова) ннвариантен к схеме соединения трехфазного источника входного напряжения («звезда» нлн «треугольник») и требует для построения шести полупроводниковых диодов.
т.хема такого выпрямителя и временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на рнс. 13.6, а, б. В схеме Ларионова имеется возможность использовать обе полуволны питающего трехфазного напряжения для обеспечения тока в нагрузке. Поэтому выпрямленное напряжение ин (рнс. 13.6, б) отличается более высоким качеством, а продолжительность проводящих интервалов для последовательно соединенных диодных пар (П)1 и И)Ь; И)2 н И)6; ИгЗ н )гг)4 и др.) составляет Т)6. Очевядно, что и в этом случае применимы выражения (13 16) — (13.18), в соответствии с которыми („б)ь) () и» Рпе, 13.6. Схема трехфазного хвухеохуперпохвого выпрпмптеап (а) и времен. пые лпаграммы, повепппапгпе его работу (б) где У н У е — амплитуды линейного и фазного входных напряжений. Максимальное обратное напряжение на диоде (рис.
13.6,а) У,.„=У в. Спектральный состав выпрямленного напряжения и = — У + — У, соз быт — — У, соз 12еау+ ... = 3 32 32 в ваа ау ааа Ы 13 Из приведенного выражения видно, что первой и, следовательно, основной нз всех гармоник, присутствующих на выходе выпрямителя, будет напряжение с частотой, в 6 раз превышающей частоту входного напряжения. Поэтому коэффициент пульсации (но шестой гармонике) выходного напряжения У е/У„, =2/33ж0,057. (13.23). Таким образом, амплитуда первой нз присутствующих на выходе выпрямителя гармоник напряжения составляет только 5,7% от среднего значения напряжении.
Это свидетельствует о высокой эффективности схемы Ларионова. Анализируя полученные выражения для У„р и е, можно сказать, что прн увеличении числа и, соответствующего номеру первой (основной) нз всех присутствующих на выходе выпрямителя гармоник, У„р стремится к амплитудному значению У входного напряжения выпрямителя, а коэффициент пульсации входного напряжения е-а.О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
