Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 36

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

Текст из файла (страница 36)

Кроме прочего,характерной отрицательной чертой однополупериодного выпрямителяявляется протекание постоянной составляющей тока во входной цепи. Есливыпрямитель питается через трансформатор, как показано на рис. 2.73, в, тоналичиеуказаннойпостояннойсоставляющейтокавызываетподмагничиваниесердечникатрансформатора,чтоприводиткнеобходимости увеличивать его габаритные размеры.Двухполуперидный выпрямитель со средней точкой представляетсобой параллельное соединение двух однополупериодных выпрямителей.Рассматриваемыйвыпрямительможетиспользоватьсятолькострансформатором, имеющим вывод от середины вторичной обмотки (рис.2.74, а). Диоды схемы проводят ток поочередно, каждый в течениеполупериода (рис, 2.74, б).

Основные параметры такого выпрямителяполучим аналогично тому, как это делалось ранее:U ср  2 2 U 2  0 .9  U 2 ;где U2 — действующее значение напряжения каждой половинывторичной обмотки;Оглавление2 0,67;3U 2  1.11  U ср ;U срI ср ;RНU обр. макс.  2  2  U 2    U ср ;I д.ср. I д. макс.1 I ср ;22 U 2   I ср .RН2Рассматриваемый выпрямитель характеризуется довольно высокимитехнико-экономическимипоказателямииширокоиспользуетсянапрактике. При его проектировании полезно помнить о сравнительнобольшом обратном напряжении на диодах.Однофазный мостовой выпрямитель (рис. 2.75, а) можно считатьпределом совершенства тех однофазных выпрямителей, которые могутиспользоваться без трансформатора.

Не известна другая однофазная схемабез трансформатора, в которой бы так рационально использовались диоды.Диоды в рассматриваемой схеме включаются и выключаются парами.Одна пара — это диоды D1 и D2, а другая — D3 и D4. Таким образом, кОглавлениепримеру, диоды D1 и D2 или оба включены и проводят ток, или обавыключены (рис. 2.75, б). Если не забывать мысленно заменять каждыйвключенный диод закороткой, а каждый выключенный — разрывом цепи,то анализ работы этой схемы оказывается совсем нетрудным.Основные параметры выпрямителя следующие:2U ср  2  U 2  0 .9  U 2 ;U 2  1.11  U ср ;I ср U срRН;2 0,67;3U обр.

макс.  2  2  U 2    U ср ;I д.ср. 1 I ср ;2I д. макс 2 *U вх  * I ср .RН2Такойвыпрямительхарактеризуетсявысокимитехнико-экономическими показателями и широко используется на практике. Частовсе четыре диода выпрямителя помещают в один корпус.Схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом и его временныедиаграммы работы приведены на рис. 2.76. однофазного выпрямителякоэффициент пульсаций равен 0,67. Частота пульсаций в трехфазномвыпрямителе в три раза выше частоты питающей сети.Схема трехфазного мостового выпрямителя (схема Ларионова)приведена на рис. 2.77. Используемые в данной схеме 6 диодов выпрямляюткак положительные, так и отрицательные полуволны трехфазногонапряжения. Этот выпрямитель является аналогом однофазного мостовоговыпрямителя.Рассматриваемый выпрямитель характеризуется высокими техникоэкономическими показателями и очень широко используется на практике.ОглавлениеКоэффициент пульсаций схемы очень мал   0.057 , а частота пульсаций вшесть раз выше частоты сети.

Все это позволяет в некоторых случаях неиспользовать выходной фильтр. Анализ работы рассматриваемой схемысложнее, чем анализ работы однофазного мостового выпрямителя, однаконе сопряжен с какими-либо принципиальными затруднениями.Сглаживающие фильтры.Выпрямленное напряжение имеет существенные пульсации, поэтомушироко используют сглаживающие фильтры — устройства, уменьшающиеэти пульсации. Важнейшим параметром сглаживающего фильтра являетсякоэффициент сглаживания S. По определениюS1 2 , причем  1 и  2определяют как коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтрасоответственно.Для емкостного фильтра, у которого вход и выход фактическисовпадают, под  1 понимают коэффициент пульсаций до подключенияфильтра, а под  2 — коэффициент пульсаций после его подключения.Коэффициент сглаживания показывает, во сколько раз фильтр уменьшаетпульсации.На выходе фильтра напряжение оказывается хорошо сглаженным, акоэффициент пульсаций может иметь значения в диапазоне 0,001...0,00003.Простейшим фильтром является емкостной фильтр (С-фильтр).Рассмотрим его работу на примере однофазного однополупериодноговыпрямителя (рис.

2.78). Емкостной фильтр подключают параллельнонагрузке (рис. 2.78, а).На отрезке времени t1…t2 диод открыт и конденсатор заряжается(рис. 2.78, б). На отрезке t1…t2 диод закрыт, источник входного напряженияотключен от конденсатора и нагрузки. Разряд конденсатора характеризуетсяэкспонентой с постоянной времени   RН  С. Ток через диод протекаеттолько часть полупериода (отрезок t1…t2). Чем короче отрезок t1…t2, тембольше амплитуда тока диода при заданном среднем токе нагрузки. Еслиемкость С очень велика, то отрезок оказывается очень малым, а амплитудатока диода очень большой, и диод может выйти из строя. Такой фильтрширокоиспользуетсявмаломощныхвыпрямителях;вмощныхвыпрямителях он используется редко, так как режим работы диода исоответствующихэлектрическихцепей(кпримеру,обмотоктрансформатора) достаточно тяжел.В качестве фильтра можноиспользоватьииндуктивность.Легко доказать, что индуктивныйфильтр (1-фильтр) практически недаетполезногооднофазномэффектаводнополупериодномвыпрямителе.

Рассмотрим работуиндуктивного фильтра на примереоднофазногомостовоговыпрямителя.Индуктивный фильтр включают последовательно с нагрузкой (рис.2.79, а). Часто используют катушку индуктивности (реактор) на магнитномсердечнике с зазором.Предположим, что постоянная времени τ, определяемая выражениемLRНдостаточно велика (как это обычно бывает на практике). Тогда токнагрузки оказывается практически постоянным (рис.

2.79, б). Такой фильтршироко используется в выпрямителях, особенно мощных. Режим работыдиодов (и соответствующих электрических цепей) не является тяжелым.ОглавлениеНа практике используют также следующие типы фильтров (рис. 2.80):индуктивно-емкостной или Г-образный LC-фильтр (а), Г-образный RCфильтр (б), П-образный LC-фильтр (в), П-образный RC-фильтр (г).Обычно Г- и П-образные RC-фильтры применяются только вмаломощных схемах, так как они потребляют значительную долю энергии.На практике применяют и другие, более сложные фильтры.Рассмотрим внешние характеристики выпрямителей с фильтрами.Внешняя характеристика — это зависимость среднего значения выходногонапряжения (напряжения на нагрузке) от среднего значения выходного тока(тока нагрузки).

При увеличении выходного тока выходное напряжениеуменьшаетсяиз-заувеличенияпадениянапряженияобмоткахтрансформатора, диодах, подводящих провода, элементах фильтра.Рассмотрим типичные внешние характеристики (рис. 2.81), которыеполучают, изменяя сопротивление нагрузки, подключенное к выходуфильтра. Наклон внешней характеристики при том или ином токе Iсрхарактеризуют выходным сопротивлением Rвых, которое определяетсявыражением:Rвых dU срdI срI ср  заданныйОглавлениеЧем меньше величина Rвых, тем меньше выходное напряжениезависит от выходного тока, что обычно и требуется.Какследуетхарактеризуетсяизрис.повышенным2.81,выпрямительвыходнымсRC-фильтромсопротивлением.Здесьотрицательную роль играет резистор фильтра.Стабилизаторы напряжения.Важнейшими параметрами стабилизатора напряжения являютсякоэффициент стабилизации Kст выходное сопротивление Rвых икоэффициентполезногодействия ст .Коэффициентстабилизацииопределяют из выражения:uвыхuK ст  вх ;uвыхгде uвх, uвых— постоянныенапряженияuвыхна входе и выходе стабилизатора;соответственно∆uвх — изменение напряжения uвх;∆uвых — изменение напряжения uвых соответствующее изменениюнапряжения ∆uвых.Таким образом, коэффициент стабилизации — это отношениеотносительного изменения напряжения на входе к соответствующемуотносительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.

Чембольше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходноенапряжение при изменении входного. У простейших стабилизатороввеличина Kст составляет единицы, а у более сложных — сотни и тысячи.Выходное сопротивление стабилизатора определяется выражением:где∆uвых—Rвых uвых;iвых изменение постоянного напряженияна выходе стабилизатора;∆iвых — изменение постоянного выходного тока стабилизатора,которое вызвало изменение выходного напряжения.Выходноесопротивлениестабилизатораявляетсявеличиной,аналогичной выходному сопротивлению выпрямителя с фильтром. Чемменьше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходноенапряжение при изменении тока нагрузки. У простейших стабилизатороввеличина Rвых составляет единицы Ом, а у более совершенных — сотые итысячные доли Ома. Необходимо отметить, что стабилизатор напряженияобычно резко уменьшает пульсации напряжения.Коэффициент полезного действия стабилизатора  ст — это отношениемощности, отдаваемой в нагрузку PН к мощности, потребляемой отвходного источника напряжения Pвх .Традиционно стабилизаторы разделяют на параметрические икомпенсационные.Параметрическиестабилизаторыявляютсяпростейшимиустройствами, в которых малые изменения выходного напряжениядостигаются за счет применения электронных приборов с двумя выводами,характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольтампернойхарактеристики.

Рассмотрим схему параметрического стабилизатора наоснове стабилитрона (рис. 2.82).Проанализируем данную схему (рис. 2.82, а), для чего вначале еепреобразуем, используя теорему об эквивалентном генераторе (рис. 2.82, б).Проанализируем графически работу схемы, построив на вольтампернойОглавлениехарактеристике стабилитрона линии нагрузки для различных значенийэквивалентного напряжения, соответствующих различным значениямвходного напряжения (рис. 2.82, в).Из графических построений очевидно, что при значительномизменении эквивалентного напряжения uэ (на ∆uэ) а значит, и входногонапряжения, выходное напряжение изменяется на незначительнуювеличину ∆uвых.

Причем, чем меньше дифференциальное сопротивлениестабилитрона (т. е. чем более горизонтально идет характеристикастабилитрона), тем меньше ∆uвых. Определим основные параметры такогостабилизатора, для чего в исходной схеме стабилитрон заменим егоэквивалентной схемой и введем во входную цепь (рис. 2.82, г) источникнапряжения, соответствующий изменению входного напряжения ∆uвх (насхеме пунктир):Rвых  r || R0  r ст , так как R0  r ;uвых I Нuвых I Нu u; K ст  вх : вых ;uвх I вхuвх ( I ст  I Н )uвхuвыхОпределим ∆uвых, задав ∆uвх:u вых  u вхr || RHr u вх;r || RH  R0r  R0так как обычно r  R0 ;Следовательно,K ст u вых r  R0*.u вхrОбычно параметрические стабилизаторы используют для нагрузок отнескольких единиц до десятков миллиампер.

Характеристики

Список файлов книги