Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 38
Текст из файла (страница 38)
5.б,а изображена схема трехфазного выпрямитечя с нейтральным выводом. В него входят: трехфазный трансформатор, обмотки которого соединены звездой, три диода, включенные в каждую из фаз трансформатора, и нагрузочный резистор А,. Работу выпрямителя удобно рассматривать с помощью временных диаграмм, представленных на рис. 5.б,б. Из рисунка видно, что диоды работают поочередно, каждый в течение трети периода, когда потенциал начала одной из фазных обмоток (например, а) более положителен, чем двух других (О и г).
Выпрямленный ток в нагрузочном резисторе Кн со- здается токами каждого диода, имеет одно и то же направление и равен сумме выпрямленных токов каждой из фаз: ~„= ~ + ~~+ ~, . гн, пн и„ асс О О снс "с 56 Схема (а), временные диаграммы напряжения и токов (б) трехфазного выпрямителя с нейтральным выводом В нагрузочном токе ~н этого выпрямителя пульсации значительно меньше по сравнению с однофазным выпрямителем Коэффициент пульсации имеет значение 0,25 Трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом служит для пи. тания нагрузочных устройств, в которых средние значения выпрям. ленного тока доходят до сотен ампер, а напряжение — до десятков киловольт Достоинством такого выпрямителя является достаточно высокая надежность, что определяется минимальным количеством диодов К недостаткам следует отнести подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током, что приводит к снижению КПД выпрямителя Трехфазный мостовой выпрямитель, несмотря на то, что в нем используется в 2 раза больше диодов, по всем показателям превосходит рассмотренный трехфазный выпрямитель и поэтому наиболее распространен среди выпрямителей средней и большой мошности Схе- — 3» Н а) Рис 57 Схема ~а), временные диаграммы напряжений и токов (б) трех- фазного мостового выпрямителя 208 „а этого выпрямителя (см рис 5 7,а) была предложена в 1923 г проф 4 Н Ларионовым Данный выпрямитель содержит мост из шести диодов Диоды П)~, И)з, П)~ образуют одну группу, а диоды 1'Р,, (Р4, ЪР6 — другую Общая точка первой группы диодов образует положительный полюс на нагрузочном резисторе Н„, а общая точка второй группы — отрицательный полюс на нем В этом выпрямителе в каждый момент времени ток в нагрузочном резисторе и двух диодах появляется тогда, когда к этим диодам приложено наибольшее напряжение Например, в интервал времени 1~ — ~2 (см рис 5 7,б) ток возникает в цепи диод УР~ — нагрузочный резистор й„— диод 1'Р так как к этим диодам приложено линейное напряжение и„~, которое в этот интервал времени больше других линейных напряжений В интервал времени ~2 — ~з открыты диоды И)~, КР6, так как к ним приложено наибольшее в это время линейное напряжение и„, и тд Нетрудно видеть, что во все интервалы времени токи в нагрузочном резисзоре К„имеют одно и то же направление Из временных диаграмм рис 5 7,б видно, что пульсации выпрямленного напряжения значительно меньше, чем в трехфазном выпрямителе с нейтральным выводом Подсчет коэффициента пульсации дает значение 0,057 Задача 5.1 В однополупериодном выпрямителе напряжение на вторичной обмотке трансформатора Г2 — — 20 В, частота сети ~=50 Гц, сопротивление диода в прямом направлении Я„„= 0 Для нагрузочного резистора Я„сопротивлением 200 Ом определить а) средние значения выпрямленного напряжения Г и тока 1 н ср н ср ва нагрузочном резисторе, среднее значение тока в диоде у, макпр р снмальное обРатное напРЯжение диода (~ бр б) выбрать тип диода по табл 5 1 Р е ш е н и е а) Среднее выпрямленное напряжение (Ун ср на нагрузоч очном резисторе я„однополупериодного выпрямителя определяется ло формуле (5.1) (У 'ч 2 (/2 ~/2 20 9В 3,14 Таблица 5.1 Среднее значение выпрямленного тока и среднее значение тока в диоде 1 =1 = ~'"'Р= 9 =45мА.
0 Максимальное обратное напряжение на диоде: У 6 — — Г~ =ч 2Г,=~ 2 20= 28,2В. б) Для выбора диода берем 30'.4-ный запас по прямому току и обратному напряжению диода, т.е. Уп я~ 1 3'1 рср 1 3' 45' 10 585'10 А Обращаемся к табл.5.! и выбираем диод 2Д 103А с 1„„,р „,=0,1 Л Задача 5.2.* Определить У„, и б'„,„в нагрузочном резисторе мостового выпрямителя и выбрать тип диода по табл.5.1, если У~ и Я„ заданы в табл. 5.2,а.
Ответы приведены в табл.5.2,б. Таблица 5.2.а Таблица 5.2,б 210 Задача 5.3. Определить ток У„,, нагрузочного резистора Ян= 120 Ом мостового выпрямителя, если напряжение вторичной обмотки !7 = 50 В а прямое сопротивление каждого полупроводникового дио- 2 да Ял„= 10 Ом. Ответ: 0„32 А. Вопрос 5.1. Как отразится на работе мостового выпрямителя обрыв одного из диодов? Варианты ответа: 5.1.1. Мостовой выпрямитель будет работать как однополупериодный выпрямитель.
5.1.2. Напряжение и ток в нагрузочном резисторе А„будут равны нулю. 5.1.3. Выпрямитель не будет выпрямлять переменный ток, и на нагрузочном резисторе будет синусоидальное напряжение. 5.3. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ Сглаживающим фильтром называют устройство, предназначенное для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения.
Как отмечалось, выпрямленное напряжение является пульсирующим, в котором можно выделить постоянную и переменную составляющие. Коэффициенты пульсаций напряжений имеют следующие значения: для однопояупериодного однофазного выпрямителя.......... 1,57 для двухполупериодного однофазного выпрямителя........., 0,67 для трехфазного выпрямителя с нейзральным выводом....... 0,25 для трехфазного мостового выпрямителя ................. 0,057 С такими коэффициентами пульсаций выпрямленное напряжение в подавляющем большинстве случаев использовать нельзя, так как при этом работа электронных блоков и устройств резко ухудшается или вообще недопустима.
В зависимости от назначения того или иного электронного блока (усилителя, генератора и т.д.), его места в электронном устройстве или системе (на входе, выходе и т.д.) коэффициент пульсаций напряжения питания не должен превышать определенных значений. Так, для основных каскадов автоматических систем он не должен превышать ! О 2 — 1О-З, для выходных усилительных каскадов — 10 4 — !О ь, для автогенераторов — 10 — !О, а для входных каскадов электрон— 5 — 6 ных измерительных устройств 10 ~ — 10 Основными элементами сглаживающих фильтров являются конденсаторы, индуктивные катушки и транзисторы, сопротивления которых различны для постоянного и переменного токов. для постоян"ого тока сопротивление конденсатора стремится к бесконечности, а сопротивление индуктивной катушки очень мало. Сопротивление 2! ! 1)к~н игстора постоянному току (статическое сопротивление) на два три порядка меньше сопротивления переменному току (динамическое сопротивление).
Основным параметром, характеризующим эффек тивность действия сглаживающего фильтра, является коэффициент сглаживания, равный отношению коэффициентов пульсаций на входе и выходе фильтра: Ч рвх~ Рвых (5.1 О) Кроме выполнения требования к коэффициенту сглаживания, фильтры должны иметь минимальное падение постоянного напряжения на элементах, минимальные габариты, массу и стоимость.
В зависимости от типа фильтрующего элемента различают емкостные, индуктивные и электронные фильтры. По количеству фильтру ющих звеньев фильтры делятся на однозвенные и многозвенные. Емкостные фильтры. Этот тип фильтров относится к однозвенным фильтрам. Емкостной фильтр С,ь включают параллельно нагрузочному резистору Лн (рис.5.8,а).
Работу емкостного фильтра удобно рассматривать с помощью временных диаграмм, изображенных на рис 5.8,в. В интервал времени ~~ — ~~ конденсатор через открытый диод )'П заряжается до амплитудного значения напряжения и„так как в этот период напряжение и~ >и,. В это время ток 1„= ~с + ~'„. В интервал времени Ь вЂ” 1з, когда напряжение и2 становится меньше напряжения на конденсаторе и~ диод будет закрыт, а конденсатор станет разряжаться на нагрузочный резистор Л„заполняя разрядным током паузу в нагрузочном токе ~„которая имеется в однополупериодном выпрямителе в отсутствие фильтра. В этот интервал времени напряжение на резисторе Я„снижается до некоторого значения, соответствующего моменту времени ~з, при котором напряжение и2 в положительный полупериод становится равным напряжению на конденсаторе ис.
После этого диод вновь открывается, конденсатор Гф начинает заряжаться и процессы зарядки и разрядки конденсатора повторяются. Временные диаграммы тока и напряжений двухполупериодного мостового выпрямителя с емкостным фильтром (см,рис.5.8,б) приведены на рис 5.8„Анализ временных диаграмм показывает, что с изменением емкости конденсатора Г1, или сопротивления нагрузочного резистора й„буде1 изменяться значение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения. При этом чем меньше разрядится конденсатор, тем меньше будут пульсации в выпрямленном токе ~ г Как известно из электротех ники, при разрядке конденсатора Сф через нагрузочный резистор Вн напряжение на нем изменяется в соответствии с выражением и, ! н о ~ и Й!!! ')~н Если выбрать т „~ >~ Т, где Т- период выпрямленного напряжения, то напряжение на конденсаторе ис будет изменяться по экспоненте (пунктирная кривая на рис.
5.8,д), подкасательная которой. равная т,, много больше Т(отрезок ЖС на рис.5 8.д). В этом случае начальный участок экспоненты можно счгггапь отрезком прямой, т.с. изменение иС происходит практически по линеиному закону. Исходя из подобия треугольников АМВ и АЖГ можно записать соотношение с!' сн „,/ Т~2 = 1/~,„'т, откуда Ьрсн,я = Г,„, т Т(2 р!Ор р! 3р Считая, что конденсатор Сф за йолупериод Т(2 разрядится незначительно, Г„,„= ~/;„г 1огда в однополупериодном выпрямителе с емкос!- ным фильтром коэффициент пульсаций р будет иметь слелиощее в!лражсг!ие с!рс!! л! с!З!!! !' Ьн ср Гз!р!тр,«р 2~с тр ! !р 2~с С ф Й!! где ус — частота выпрямляемого напряжения ( исто га напряжения сети) Для двухполупериодного выпрямителя с емкосз ным фп.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
