Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 10
Текст из файла (страница 10)
О нку эффективности использования трансформатора в схеце ме выпрямления можно производить посредством коэфф ента превышения расчетной мощности трансформатора )т„, определяемого по соотношению 1тпр ~г!~ Й» (2.8) где Р' — номинальная мощность выхода выпрямителя. и Р Мощность Р'„„в отличие от номинальной мощности определяемой как произведение средних номинальных значений с14„и 1„„, соответствует фактической мощности, выделяемой в нагрузке, и может быть вычислена по выражению т Р'„„= — ) и„(„й, (2.9) т , " " где — и Т вЂ” ериод повторяемости пульсаций выпрямленного нао напряжения; и„и ия; и„и 1' — мгновенные значения выпрямленног пряжения и тока. Для идеально сглаженного выпрямленного напряжения, а следовательно, и тока в активной нагрузке значения Р,„ и Р'„„ совпадают; во всех других случаях Р',„~ Р„„. При проведении анализа схем выпрямления необходимо учитывать, что на их работу оказывает существенное влияние актер нагрузки.
Различают следующие основные виды нагрузок выпрямителей (с учетом элементов выходи ого 46 фильтра): активную, активно-индуктивную, активно-емкостную и нагрузку с противо-ЭДС. Активно-емкостная нагрузка наиболее характерна для маломощных выцрямнтелей. Кроме того, при комплексном анализе работы выпрямителя с учетом его системы регулирования различают статическую и динамическую нагрузки. Примером последней может служить двигатель постоянного тока.
2.2. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМПЕНИЯ Для большей ясности изложения принципов действия различных схем выпрямленпя и расчетных 'соотношений, характеризующих работу их элементов, сначала рассмотрим идеализированные схемы выпрямленна. Идеализированными схемами называются схемы, для которых сделаны следующие допущения: а) полупроводниковые элементы идеальны, т. е. во включенном состоянии имеют равное нулю сопротивление, а в выключенном — равную нулю проводимость; б) продолжительности включения и выключения полупроводниковых элементов равны нулю; в) сопротивления цепей, соединяющих элементы схемы, равны нулю; г) сопротивления обмоток трансформатора (активные и индуктивные), потери энергии в его магнитопроводе и намагничивающий ток также равны нулю.
Учет отдельных реальных параметров схем, наиболее существенно влияющих на их работу, будет проведен в з 2.3. Электромагцнтные процессы, протекающие при выпрямлении, рассматриваготся для двух видов статической нагрузки: активной и активно-индуктивной, которые характерны для большей части выпрямителей средней и большой мощности. Особенности работы выпрямителей на емкостную нагрузку и нагрузку с противо-ЭДС рассматриваются в з 2.5.
2.2Д. ОДНОФАЗНАЯ ДВУХПОЛУПЕРИОДНАЯ СХЕМА СО СРЕДНЕЙ ТОЧКОЙ Однофазная двухполупериодная схема со средней точкой (с нулевым выводом) представлена на рис. 2.4. Двухполупериодную схему также называют двухтактной или двухфазной, поскольку она выпрямляет оба полу периода напряжения. Особенностью схемы является то, что вторичные полуобмоткн трансформатора относительно его средней точки создают систему напряжений, сдвинутых относительна друг друга на я. Рассмотрим работу схемы при активной (ключ К замкнут) и активно-индуктивной (ключ К разомкнут) нагрузках. Ин- 47 З Рнс.
2.4 Однофазный двухполупернодный выпрямнтель со средней точкой Рнс. 2.5. Диаграммы токов н напряненнй на злементах схемы прн актнвной нагрузке н угле п=о дуктивности рассеяния и сопротивления обмоток трансформатора учитывать не будем. Работа схемы ия активную нагрузку с углом управления ог= О. Пусть в момент озг=Ь=О, когда потенциал точки а становится положительным по отношению к точке 0 (на схеме это соответствует знаку плюс без скобок) и, следовательно, положительным становится напряжение и,о, на тиристор $'Яг подается управляющий импульс.
Вторичная обмотка трансформатора выполнена таким образом, что точка а соответствует началу обмотки, а точка Ь вЂ” концу. Поэтому в момент Э вЂ” 0 потенциал точки Ь становится отрицательным по отношению к средней точке О. Тогда в момент Э=О тиристор г'ог включается и напряжение иап ОКаЗЫВаотея ПрИЛОжЕННЫМ К НаГруЗКЕ Яа„ПО КОтОрОй НаЧИНаЕт протекать ток г„, совпадающий с током ггв, тнристора )'Юг (рис. 2.5). Значит, отрицательным становится напряжение иьо и на тнристор ~'Юх подается обратное (запирающее) напряжение игах=ив„которое равно разности напряжений иьо и,о д ух полуобмоток.
Напряжение и„оказывается приложенным к тиристору гЯ, благодаря тому, что включен тиристор. Тиристор )'Яг будет находиться во включенном (проводящем) состоянии до тех пор, пока ток 1, в,, протекающий через него, не сзанет равным нулю. Так как нагрузка активная, то момент прохождения тока ггкг будет совпадать с моментом спада до нуля напряжения и.о.
На диаграмме рис. 2.5 этот 48 угле = 0,5 14. 4. Действующее значение тока тнристора Тгдмв = ~ г~ Янз 949 = — 14. 4 Уй 3658 (2.14) (2 15) момент соответствует 9=я. Начиная с момента 9=я напряжение и,о станоеится отрицательным, а иьо — положительным (на рис. 2.4 полярность напряжения для этого полупериода указана в скобках), н управляющий импульс подается на тиристор ГЯ,. В результате к нагрузке Яа будет теперь приложено напряжение и,о, а ток ге будет равен току тиристора ~'Ях. Тирнстор г'Я выключается, н к нему прикладывается обратное 'напряжение иг, =ивы Спустя полу- период, начиная с момента 9=2я, процесс повторяется: ток проводит тиристор р'Ю„тиристор р'ях выключен и т.д.
В результате поочередной проводимости тока одного направления тирнсторами Юг н Ю, на нагрузке появляется выпрямленное пульсирующее напряжение и„, содержащее постоянную и переменную составляющие (см. рис. 2.5). Среднее значение выпрямленного напряжения я Уа = — ),/2 (7х 8(п Ьгй = 2 /2(ЯГх =0,9(7ы (2.10) по где У,— действующее значение напряжения на полуобмотке. Из формул (2.10) и (2.1) видно, что среднее значение выпрямленного напряжения Уа в данной схеме в 2 раза выше, чем в однополупериодной, так как напряжение прикладьгвается к нагрузке каждый полупериод. Соответственно в 2 раза больше будет и среднее значение выпрямленного тока: 1„= (74г рга = (2,/2|я) ( Щй4). (2.11) Основные параметры„ характеризующие работу тирнсгоров г'Яг и ~'Юх в схеме (которые совпадают дпя обоих тиристоров), можно выразить следующими соотношениями: 1. Максимальное значение обратного напряжения на тиристоре Уд —— 2,„, 2 Ух-— 2,82Ух.
(2.12) 2. Максимальное значение тока тнристора 1~ =з/2 Ух/244 = 2 14-1,5714. (2.13) 3. Среднее значение тока тиристора равно половине тока нагрузки, так как в схеме поочередно проводят ток два тиристора: 5. Коэффициенты /со 1/яе ак(~6 (2.1б) /г/=1тпмк(1ь=п(4 ) б. Действующие значения токов первичной 1, и вторичнои 1г полуобмоток, выраженные через ток 1ь, х,=х...//зе.= /2 /зх/е,; ~ (2.17) 1г = 1тл ма = я(41ь. 7. Мощности обмоток трансформатора, учитывая (2. ) 2. 10) и (2.17), можно выразить следующими формулами: первичной обмотки г ч р (2 18) и н 1,„и 2/г, 8 где Рье= ( ьп1ь» суммы двух вторичных полуобмоток и и "г ог 2г/г1г= — г/ьн-1ье Реп.
/2 "4 4 /2 8. Расчетная мощность трансформатора (2.19) (2,20) 9. Полная активная мощность в нагрузке Р;„, вычисленная по (2.9), (2.21) Р„„Рьи 8 1О. Соответственно коэффициент превышения расчетнои мощности трансформатора /г„= о,/'Рь„= 1,2. (2. 22) С е ует отметить что постоянного подмагничивания магледует б ет если нитопровода трансформатора в даннои схеме не будет, ес все обмотки расположить на одном стержне магнитной системы броневого типа. При стержневой магнитной системе полная компенсация МДС в трансформаторе достигается специальной схемой расположения вторичных полуобмоток.
Работа схемы на активную' нагрузку прн угле, управления п)9. П едположим, что начиная с момента 3=0 оба тиристора выключены н ток йе проводят. При этом будем считать, что потенциал точки а вторичной обмотки положителен относи- 50 Рис 2.б Диаграммы токов и напрлнений на элементах схемы при активной нагрузке и угзе п>0 Рз/с 2Л Регулировочные характеристики однофазиого двухполупериодно- го выпрвмители: /- при активной нагрузке, г †п актив- но-индуктивной нагрузке тельно средней точки О, а точки Ь вЂ” отрицагелен (на рис. 2.4 эта полярность указана без скобок). Очевидно, что при такой полярносги напряжений вторичной обмотки к тиристору 1тЯг будет приложено прямое напряжение игл,=ивы а к тиристору г/ог — обратное напряжение ига =и,о (рис.
2.6). Пусть в момент 3 = а (т. Ь. с задержкой на угол гг относительно момента перехода напряжения и,о через нуль) на управляющий электрод тиристора ГЯг подается управляющий импульс, тогда тиристор 1/Яг включится и в нагрузке Яь начнет протекать ток /, =/рзг под воздействием напряжения и,о. Начиная с этого же момента к тиристору г'Яг будет приложено обратное напряжение ирлг, равное разности напряжений и„=иве-и.о двух вторичных полуобмоток. Тиристор 1тЯт будет находиться в проводящем состоянии до тех пор, пока ток, протекающий через него, не спадет до нуля.
Так как нагрузка активная и форма тока. проходящего через нагрузку (а следовательно, и через тиристор Юг), повторяет форму напряжения и,о, то тиристор $'ог выключится в момент 9=х. Поскольку через половину периода полярность напряжени/( на вторичной обмотке изменяется на противоположную, то при подаче управляющего импульса на тиристор и'оуг в момент 9=я+а он включится.
Затем указанные процессы повторяются в каждом периоде. б/ Возможность осуществлять задержку по фазе моментов включения тиристорон на определенный угол а позволяет изменять выходное напряжение, Угол а отсчитывают относительно моментов естественного включения тирист р ( 2 ...) оответствующих включению диодов в схеме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
