Лекция (855794), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

В этом случае линиясреднего значения напряжения U’d будет находится выше (пунктирнаялиния на рис. 3.5,д). По мере уменьшения тока нагрузки увеличиваетсянапряжение U’d, а значит будет возрастать напряжение на конденсаторе. Впределе он может зарядиться до амплитудного значения напряжения навторичной обмотке трансформатора. Режим работы выпрямителя с LC фильтром при Id  Id кр нежелателен, так какнапряжениенанагрузке сильно зависит от потребляемого тока. Чтобы исключить этотрежим на выхеде фильтра включают балластное сопротивление чтобы,даже при Rн= от выпрямителя отбирался ток IdId кр.Реальный выпрямитель должен работкать при токах нагрузки большекритического тока.46Лекция 44.1.

Работа выпрямителя и на противо ЭДСТакой режим возникает при работе выпрямителя на:двигатель постоянного тока;аккумуляторную батарею;емкостной фильтр.Если нагрузкой выпрямителя является двигатель постоянного тока,который имеет достаточно большую собственную индуктивность, или еслимежду выпрямителем и противоЭДС включена индуктивность, топроцессы, происходящие в выпрямителе аналогичны работе последнего сLC-фильтром. Режим разрывноготока в этом случае наступает приUd  Ed.

При включении на выход выпрямителя аккумуляторной батареиили емкостного фильтра имеются некоторые особенности работы и расчетасхемы.47i1i2iaе2аD1idD2rпа +u1- 0+ е2бТEdUdв -+Uaк-Рис. 4.1u1(e2)a0е2б0i1-2ia1,ia20’3Ia max4Ed’uaкв0Uaк.maxРис. 4.2Рассмотрим эти особенности на примере двухполупериодноговыпрямителя с нулевым выводом (рис.4.1). Временные диаграммы,поясняющие работу схемы, показаны на рис.4.2. Вентили могут проводитьток только на временных интервалах когда е2  Ed.

Разность мгновенныхзначений е2-Ed (заштрихованные площадки рис.4.2,б) ложится на1внутреннее активное сопротивление потерь rп  rтр1 rтр2  rпр  rD  r rп(сопротивление обмоток трансформатора, сопротивление проводов ивнутреннее сопротивление вентилей) и на добавочное сопротивление,которое включают в цепь нагрузки для ограничения тока вентилей.e  Ed.ia  2rпОчевидно, что длительность проводящего состояния вентиля  = 2  (рис.4.2,б), где  угол отсечки, определяемый равенством мгновенногозначения напряжения на вторичной обмотке трансформатора и напряженияисточника постоянного напряжения.48cos  E0,  arccosE0.2E 22E 2Амплитуда тока, протекающего через диод:2E 2  E dI a max .rпИз приведенного выражения следует, что амплитуда тока диодаограничеаемся только относительно маленькими сопротивлениями потерь.Каждый вентиль проводит половину тока нагрузки. Поэтому среднееIзначение тока вентилей: I a  н .2Среднее значение тока источника постоянного напряжения:1 I d   ia d .Ток вторичной полуобмотки трансформатора протекает только наинтервалах проводимости одного из вентилей.

Его действующее значениеопределяется по формуле:1  2I2  ia d .2  В первичную обмотку трансформатора трансформируется токвторичных полуобмоток. Эти токи наводят потоки в сердечнике в разныестороны.Поэтомутокпервичнойобмоткиимеетформуразнонаправленных импульсов (рис.3.2,а) и определяется по формуле:1  ia 2I1  ( ) d  K TОсциллограмма напряжения на диоде показана на рис.42,в. Как виднона осциллограмме, на интервале проводимости диода в цепи другойполуобмотки, на закрытом диоде напряжение изменяется по закону 2е2 иего максимальное значение записывается в видеU ак.

max  2 2E2 .На интервалах закрытого состояния двух диодов к каждому диодуприкладывается напряжение е2.Итак, при работе выпрямителя на противоЭДС (без индуктивности вцепи нагрузки) имеются следующие особенности:ток, протекающий через диоды и обмотки трансформатора, имеетимпульсный характер с резким увеличением амплитуды этих токов иуменьшением длительности его протекания;к диодам прикладывается обратное напряжение на гораздобольших временных интервалах, чем при работе выпрямителя с другимивидами нагрузок.49Лекция 55.1. Работа и расчет выпрямителя с емкостным фильтромПроцессы, происходящие в выпрямителе с емкостным фильтром или вслучае использования сложного фильтра первым элементом которогоявляется конденсатор, аналогичны процессам в выпрямителе, работающемна противоЭДС. Проанализируем работу схемы на примере однофазноговыпрямителя по мостоворй схеме (рис.5.1).Временные диаграммы, поясняющие работу схемы показаны на рис.5.2.Поскольку в установившемся режиме конденсатор заряжен донекоторого напряжения, диод может открыться когда потенциал анодедиода, подсоединенного к источнику питания (вторичной обмоткетрансформатора) станет более положителен, чем потенциал катода,соединенного с конденсатором (рис.5.2,б)..

Процесс заряда конденсатора происходит достаточно быстро.Диод запирается, когда напряжение на вторичной обмоткетрансформатора становится меньше, чем напряжение на конденсаторе.На интервале запертого состояния диодов конденсатор фильтраразряжается через сопротивлениенагрузки с постоянной времениразряда конденсатора р= Rн Cф.При работе выпрямителя в режимах близких к режиму холостого хода,как видно на рис.5.2,б конденсатор разряжается очень медленно и среднеезначение напряжения близко к амплитуде напряжения на вторичнойобмотке трансформатора U н  2E2 .По мере увеличения тока нагрузки постоянная времени разряда руменьшается, пульсации возрастают а среднее значение выходногонапряжения падает.

Отсюда следует, что емкостной фильтр эффективентолько при высокоомных нагрузках. При низкоомных нагрузках требуетсясущественно увеличивать величину емкости фильтра для получениязаданного коэффициента пульсаций на нагрузке. Выходная характеристикавыпрямителя с емкостным фильтром показана на рис. нижеUd2 E2С фильтром CфUd0Без фильтра0Id50Как видно из временных диаграмм (5.2,а,б,в), токи диодов и токивторичных обмоток трансформатора протекают только на интервале зарядаконденсатора. Поэтому эти токи имеют импульсный характер с достаточнобольшой амплитудой:Расчет однофазного выпрямителяРассмотрена инженерная методика расчета одно- и трехфазныхвыпрямителей с емкостным фильтром пренебрегая активными потерями вобмотках трансформатора, проводах и на диодах.id.Uaкi1U1D3D1i2iнUdе2CТD2iaRнD4Рис.5.1uсетиа)iсети023UCmax∆UCUCminб)Е2maxiнIa maxia20100Ud= Uн-Θ1в)ia1ia)Рис.5.251Анализируя процессы в двухполупериодном выпрямителе с С-фильтром(рис.5.1) пренебрегаем сопротивлением соединительных проводов,питающую сеть и диоды выпрямителя считаем идеальными.На рис.5.2 приведены временные диаграммы напряжений и токов вхарактерных участках схемы.U (1) maxqn Коэффициент пульсациипульсирующего напряженияUdопределяется как отношение амплитуды первой гармоники переменнойсоставляющей к среднему значению напряжения.

C достаточно малойпогрешностью можно считать что амплитуды первой гармоники переменнойсоставляющей равна половине изменения напряжения на конденсатореU C(рис.5.2,б): U (1) max . Тогдакоэффициентпульсацииможно2рассчитывать, как отношение половины изменения напряжения наконденсаторе UC /2 к среднему значению напряжения на нагрузке Ud, или:U CU C .max  U C .minU U C .min2(1)q 2  C .maxU C .max  U C .min U C .max  U C .minUdU C .min 2Учитывая, что амплитуда напряжения на конденсаторе равна амплитуденапряжения E2.max  2E2 и принимая во внимание соотношение (1), можноопределить среднее напряжение и ток на выходе выпрямителя:U cU d  U Н  E 2.

max 2E 2  qU d2U c(учитывая, что по определению q  2 ).Udоткуда:U (1  q)E2  d(2)2при этомId UdRн(3)q.(4)1 qОчевидно, что диод выпрямителя начинает пропускать ток в момент, когдамгновенное значение сетевого напряжения превысит величину напряженияU c  2qU d  2 2E 2.52на конденсаторе, определяемом углом отсечки 1 (рис.3.2,б): cos1 qU C . max  qU C . min  U C . max  U C .

min ;U1 qОтсюда cos1  c.min ;U c.max 1  q1 qИли1  arccos1 qU c.min.U c.maxИз уравнения (1)(5)Вентиль заканчивает пропускать ток при угле отсечки 2, когдапроизводная сетевого напряжения становится больше, чем производная отфункции, определяющей разряд конденсатора. Ток конденсатора в этотмомент равен по модулю току нагрузки. Начало отсчета углов отсечкисоответствует максимальному значению сетевого (питающего) напряжения.Из условия равенства производных в момент 2td (U C .

max cos  ) d (U C . max cos  2  e );dtdt1  2Откуда U C . max sin  2  U C . max cos  2  ( e ),1 выражаем угол отсечки 2:  2  arctan(1e 2),где  = RнС. Учитывая, что для малых углов 2e 1,получаем:2 1.(6)При малых значениях q (очевидно, что это справедливо при большихзначениях τ=RнC) угол ϴ2 стремится к нулю. Поэтому в расчетах частоможно принимать ϴ2=0Из временных диаграмм видно, что диод открывается в моментминимального напряжения на нагрузке:U C .

min  U C . max cos  1 .С другой стороны процесс разряда конденсатора током нагрузки имеетэкспоненциальный характер:5321 mU C . min  U C . max e  ,где m = 2 – пульсность выпрямителя: количество пульсаций на сторонепостоянного тока за период сети.1 qПриравниваем полученные два соотношения и учитывая, что: cos 1 1 q21m1 q U C .max e  .1 qПосле несложных преобразований имеем:U C .min  U C .max cos1  U C .max21m1 q1 qПрологарифмировав выражение с учетом того, что угол 2 мал иcos2  1, окончательно получаем:22 1 11qmmC. ln1 К ПRнС1 q R lneн1 КП2 1mОтсюда:(7)C1 qRн ln1 qНа интервале проводящего состояния вентиляк конденсаторуприкладывается напряжение источника питания, поэтому ток конденсатора:dU C .d ( 2 E2 cos(t ) iC  CC  C 2 E2 sin  ,dtdtГде   tТок диода на интервале проводимости равен сумме токов нагрузки иконденсатора (рис.5.2,б,в):ia ( )  iн ( )  iC ( )  I н  C 2E2 sin  ,(8)Тогда максимальное значение анодного тока, достигаемое в момент -1,равноI a.max (1 )  I н  C 2E2 sin(1 ),(9)Среднее значение тока вентиля:I(10)I a.

Характеристики

Список файлов лекций