Posted on

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (трехфазный однополупериодный)

Данная схема содержит трехфазный трансформатор T и три диода. Нагрузка включается между точкой соединения диодов и нулевым выводом.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений различных цепей схемы выпрямления.

На интервале времени [t1;t2] фаза «a» имеет наибольший потенциал по сравнению с другими фазами относительно нулевой точки трансформатора , поэтому диод VD1 находится в открытом состоянии и через него протекает ток. На нагрузке напряжение изменяется по закону огибающей фазы «a». В момент t2происходит перекоммутация с VD1 на VD2, т.к. потенциал фазы «b» становится наибольшим по отношению к нулевой точке. К нагрузке прикладывается фазное напряжение.

На интервале времени [t2; t3] к первому диоду прикладывается линейное напряжение между фазами «b» и «a» и он находится в закрытом состоянии. В момент t

3 прикладывается линейное напряжения Uca, так как происходит переключение вентилей (с VD2 на VD3).

К недостатком этой схемы можно отнести:

  • Высокий уровень обратного напряжения (среднее напряжение — фазное, обратное — линейное), что не позволяет использовать данную схему при повышенных уровнях напряжения.
  • Ток во вторичной цепи трансформатора протекает в течение одной третьей части периода и имеет одностороннее направление, что увеличивает габаритные размеры трансформатора. Для исключения подмагничивания сердечника необходимо делать запас по намагниченности (уменьшать значение Bm), что приводит к дополнительному увеличению габаритов трансформатора. Иногда в сердечник трансформатора вводят воздушный зазор.
  • Более низкие качественные показатели (K п , K0) по сравнению с двухполупериодной схемой выпрямления.
  • Индуктивность рассеяния трансформатора влияет на форму выпрямленного напряжения, что является ограничением по мощности. При этом снижается уровень выпрямленного напряжения, и возрастают пульсации.
  • С точки зрения монтажа схемы — исключена возможность соединения вторичной цепи треугольником из за нулевого вывода.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

  • более высокие токи нагрузки по сравнению с двухтактной схемой (малые потери из-за того, что в работе участвует один вентиль в любой момент времени).
  • с точки зрения монтажа — существует возможность размещения полупроводников на одном радиаторе.

16. Трехфазная мостовая схема выпрямителя

Данная схема состоит из двух трехфазных однополупериодных схем выпрямления, питающихся от одних и тех же вторичных обмоток трансформатора и, работающих на общую нагрузку.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений цепей схемы выпрямления.

На интервале [t1;t3] фаза «a» имеет наибольший потенциал по отношению к другим фазам, поэтому диод VD2 работает два такта (т.к. к аноду прикладывается «+»). В момент времени t3 происходит перекоммутация в катодной группе со второго на четвертый диод, т.к. фаза «b» становится более положительной по отношению к другим фазам.

На интервале [t2;t4] фаза «c» имеет более отрицательный потенциал по отношению к другим фазам. Отрицательный потенциал прикладывается к катоду пятого вентиля, и он работает два такта.

К недостаткам схемы можно отнести:

  • Большое падение напряжения на внутреннем сопротивлении выпрямителя за счет работы двух вентилей, что не позволяет использовать схему при высоких значениях тока нагрузки.
  • Наличие двух радиаторов для анодной и катодной групп.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

  • Высокое значение коэффициента выпрямления К0 и малый уровень обратного напряжения, что позволяет использовать схему при высоких уровнях напряжения.
  • Малое значение коэффициента пульсаций по сравнению со схемой с нулевым выводом, что уменьшает габариты сглаживающего фильтра.
  • Возможность использования различных способов соединения обмоток трансформатора во вторичной цепи.
  • Отсутствие одностороннего намагничивания сердечника трансформатора (ток во вторичной цепи трансформатора — двухполярный).
  • Хорошее использование трансформатора (ток во вторичной цепи трансформатора протекает 2/3 периода), что увеличивает КПД устройства.

В связи с вышеперечисленным рядом достоинств данная схема нашла очень широкое распространение.


Читайте также:


Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом.


⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 49Следующая ⇒

Трехфазная схема выпрямления с выводом нулевой точки применяется довольно редко, так как трансформатор в ней используется плохо, и вентили должны выбираться на относительно высокое обратное напряжение. Но так как трехфазная мостовая схема, получившая преимущественное применение, состоит из двух последовательно включенных трехфазных нулевых схем, то необходимо рассмотреть принцип действия этой схемы.

В схему выпрямителя с нулевым выводом (рис. 3.22, а) входит трансформатор с вторичными обмотками, соединенными в звезду. Первичные обмотки соединяются в звезду или треугольник. Выводы вторичных обмоток связаны с анодами трех вентилей. Нагрузка подключается к общей точке соединения катодов вентилей и нулевому выводу вторичных

 

 


Рис. 3.22. Схема трехфазного выпрямителя с нулевым выводом (трехпульсная)(a) и временные диаграммы (

бж)

 

обмоток. Принцип действия схемы рассмотрим с помощью временных диаграмм (рис. 3.22, 6ж) при чисто активной нагрузке.

Так же как и в предыдущих случаях, выпрямитель считаем идеальным.

В силу того, что нагрузка подключена к нулевому выводу вторичных обмоток трансформатора и общей точке соединения катодов вентилей, последние способны проводить ток только при положительной полярности вторичных напряжений. При этом в открытом

 

состоянии может находиться только вентиль, включенный в ту фазу, напряжение которой выше, чем у двух других. Каждый из непроводящих вентилей заперт обратным напряжением, равным разности напряжений его фазы и фазы проводящего вентиля.

На интервале u1– u2

открыт вентиль V1, на интервале u2 – u3 вентиль V2, на интервале u3 – u4 – вентиль V3, на интервале u4 – u5 – вновь вентиль V1 и т.д. Таким образом, интервал проводимости каждого вентиля составляет 2p/3. В результате на нагрузке действует однополярное пульсирующее напряжение ud. При чисто активной нагрузке кривая ее тока id = Ud / R имеет ту же форму, что и напряжение ud (рис. 3.22, в). Указанной очередности отпирания вентилей соответствуют кривые анодных токов, показанные на             рис. 3.24, г– е.

Необходимо отметить, что трехфазный выпрямитель с нулевым диодом иногда называется трехпульсной схемой (р = 3).

Среднее значение выпрямленного напряжения (площадь заштрихованного участка на рис.3.22,

в):

                                            (3.52)

где U2 – действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.    

Средний ток вентилей IV связан со средним значением тока нагрузки Id  соотношением

                                            IV = Id / 3                                                              (3.53)

 

На рис. 3.22, ж построена кривая обратного напряжения на вентиле V1, Обратное напряжение представляет разность между потенциалами анода и катода. Изменение потенциала анода вентиля V1 определяется фазным напряжением ua, а катода – фазным напряжением ub при проводящем вентиле V2 или фазным напряжением uc, при открытом вентиле

V3. Напряжение URRM, по существу, состоит из участков кривых линейных напряжений uab  и uca , в связи с чем необходимое для выбора вентиля максимальное обратное напряжение равно амплитуде линейного вторичного напряжения:

                                          (3.54)

Токи вторичных обмоток трансформатора i2a , i2b, i2c   определяются соответствующими токами вентилей. Кривые анодных токов (рис. 3.22,г – е) содержат постоянную составляющую, равную Id /3, которая протекает и через вторичные обмотки трансформатора, создавая в каждом из трех стержней магнитопровода поток вынужденного подмагничивания трансформатора одного направления. Этот поток замыкается от одного ярма к другому через воздух, детали крепления магнитопровода и через бак (в масляных трансформаторах). В этом случае во избежание насыщения магнитопровода приходится увеличивать его сечение, что влечет за собой увеличение массо-габаритных показателей трансформатора и всей выпрямительной установки.

 

Поток вынужденного подмагничивания может быть исключен введением дополнительных обмоток на вторичной стороне и соединением вторичных обмоток зигзагом, что показано на рис. 3.23.

 

Рис .3.23. Соединение обмоток трансформатора по схеме «звезда – зигзаг»

 

При этом токи вентилей протекают через обмотки, расположенные на одном стержне, в противоположном направлении, и постоянные составляющие компенсируются.

В выпрямленном напряжении содержатся гармонические составляющие порядков n =3, 6, 9…. Напряжение пульсации составляет

Uq = 0, 19Udi0 .

В случае применения управляемого выпрямителя переменное напряжение например ua определяет кривую выпрямленного напряжения лишь с момента u = a когда на вентиль V1 подается импульс управления. Будем считать, что индуктивность сглаживающего реактора Ld достаточно велика и поэтому выпрямленный ток непрерывен и имеет постоянное значение Ld.

В этом случае временные диаграммы при a = 0 и a ¹ 0 имеют вид, представленный на рис. 3.26, а, б. Кривая выпрямленного тока id = Id   состоит из импульсов прямого тока трех вентилей iV1 , iV2 , iV3 . Коммутация тока происходит с вентиля V1 на V2 и с V2 на V3 при a = 0 в моменты времени u = 0; 2p/3; 4p/3 , а для случая a ¹ 0 в моменты u = a; 2p/3+a; 4p/3+a. Поэтому токи вентилей при идеальном сглаживании независимо от угла a имеют прямоугольную форму и длительность l a= 2p/3.

 

 

 

 

 

Рис.3.24. Временные диаграммы работы трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом

 при a=0 (а) и a¹0 (б)

 

 

 

 

Рис.3.25. Регулировочная характеристика трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом

 

Среднее значение выпрямленного напряжения при регулировании определяется равенством (3.18) и регулировочной характеристикой, приведенной на рис. 3.25.

Как видно из рис. 3.24, б и 3.25 при a >p /6 резче увеличиваются пульсации выпрямленного напряжения. При добавлении в схему шунтирующего (нулевого) диода их можно уменьшить, что позволяет также улучшить коэффициент мощности установки (см. § 4.7).

 


Рекомендуемые страницы:

3.1. Однофазный двухполупериодный неуправляемый выпрямитель с нулевым выводом.

Рисунок 3.3

Силовой трансформатор Tр имеет две вторичные обиотки W2’, W2’’, связанные с первичной обмоткой id коэффициентом трансформации Схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток сдвинуты относительно друг друга на 180 градусов. Рассмотрим работу схемы для активной нагрузки (рисунок 3.3).

При поступлении полуволны напряжения положительной полярности (интервал 0-π) напряжение на обмотках транзистора без скобок. К диоду VD1 прикладывается напряжение положительной полярности, к VD2 – отрицательной. Таким образом на интервале от 0 до π VD1 открыт VD2 закрыт.

При поступлении напряжения U1 отрицательной полярности (интервал π — 2 π), полярность напряжения на обмотках транзистора становится в скобках. VD1 закрывается, VD2 – открывается. К нагрузке прикладывается напряжение той же полярности, что и на предшествующем интервале. Далее процессы повторяются. Среднее выпрямленное напряжение

.

Средний ток нагрузки .

Средний ток диода, необходимый для его выбора .

3.2.1. Работа выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке.

Рисунок 3.4

Режим активно-индуктивной нагрузки (рисунок 3.4) получается при включении последовательно с активной нагрузкой сглаживающего L – фильтра или при работе выпрямителя на обмотку электромагнита, или двигатель постоянного тока. Здесь, как и в предыдущем случае, режим работы диодов определяется напряжениями вторичных обмоток трансформаторов. VD1 открыт на интервалах 0-π, 2π- 3 π, и т.д., а VD2 на интервалах π-2π, 3π-4π и т.д. .Кривая напряжения Ud образуется напряжением вторичных обмоток трансформатора и имеет тот же вид, что и при активной нагрузке. Ток id под влиянием индуктивности получается сглаженным. Поскольку ток в индуктивности отстает по фазе от напряжения, максимумы id следуют с некоторой задержкой относительно максимумовUd. Если активное сопротивление дросселя принять равным нулю, то форма напряжения Udн имеет тот же вид , что и ток id, а среднее напряжение на нагрузке (среднему напряжению на выходе выпрямителя). При увеличении индуктивности её сглаживающие действия повышаются и пульсации в кривой Udн – уменьшаются.

3.2.2. Работа выпрямителя при активно-ёмкостной нагрузке

Рисунок 3.5

Активно-ёмкостная нагрузка выпрямителя (рисунок 3.5) создаётся при использовании конденсатора для сглаживания кривой выпрямленного напряжения. При этом поведение схемы характеризуется импульсным режимом работы.

В отличие от предыдущих случаев для отпирания диодов VD1 или VD2 недостаточно только изменения полярности полуволн напряжений. Необходимо, чтобы вторичные напряжения превысили напряжение на конденсаторе С, определяющие потенциал катодов VD1 и VD2 и выходное напряжение Ud.

Пусть на интервале ,и . Оба диода при этом закрыты. К VD2 приложено обратное напряжение . VD1 закрыт, т.к. и приложено к нему в обратном направлении. Питание нагрузки производится от конденсатора, разряжающегося на неё с постоянной времени . В момент , VD1 открывается, подключая конденсатор и нагрузку к напряжению U2’. На интервале конденсатор разряжается под действием напряжения U2’. Процесс заряда конденсатора заканчивается в момент , когда напряжение на нём станет равным U2’ и VD1 закрывается. На интервале VD1 и VD2 заперты, конденсатор разряжается на нагрузку. В момент , открывается VD2 и на интервале пропускает импульс зарядного тока конденсатора. Далее процессы повторяются.

Наличие конденсатора делает кривую Ud сглаженной по сравнению с активной нагрузкой. Поскольку Cd = Ud/Rн, ток нагрузки получается также хорошо сглаженный.

В) Трехфазные выпрямители с выводом нулевой точки трансформатора

В трехфазных схемах с нулевым выводом (нулевая схема) свободные концы вторичных обмоток связаны, как и в двухфазной схеме, с анодами вентилей и ток через вторичные обмотки проходит только в одном направлении. В общей точке связи катодов анодные токи суммируются, образуя выпрямленный ток . В период одиночной работы выпрямленный ток проходит через один из вентилей, а в период коммутации – через два вентиля. КогдаХd в цепи нагрузки бесконечно велико и , изменение анодных токов происходит в короткозамкнутом внутреннем контуре между двумя фазами (рис.1.20,а).

Рис. 1.20. Выпрямление трехфазного тока с нулевым выводом

Через вентиль, вступающий в работу (вентиль VD2), ток проходит в проводящем (прямом) направлении, а в вентиле, заканчивающим свою работу (вентиль VD1), ток проходит в непроводящем (обратном) направлении, уменьшая тем самым анодный ток в этом вентиле (VD1).

Разность фазовых напряжений, создающая принужденную составляющую тока равна

. (1.104)

Примечание. В случае, когда вторичных обмоток три , линейное напряжение

.

Сопротивление в контуре коммутации равно двойному значению анодного сопротивления Ха. Поэтому принужденную составляющую тока можно определить по аналогии с однофазной нулевой схемой по уравнению

. (1.105)

Свободная составляющая равна с обратным знаком значению в моментt=0 .

Поэтому

. (1.106)

Полный ток в короткозамкнутом контуре

. (1.107)

Косинусоида, соответствующая , построена пунктиром на рис. 1.20, г. Отрицательный максимум ее совпадает с началом коммутации тока. Величина коммутации тока может быть найдена графически по точке пересечения прямой, проведенной, как показано на рис. 1.20, г., от касательной к отрицательному максимуму косинусоиды вверх на величину, равную Id . Току , равному в период коммутации, соответствует участок косинусоиды, заключенный между касательной к ней и прямойId . По этому участку и построен начальный участок тока в вентилеVD2 в первый период коммутации. Во внекоммутационный период анодный ток и равный ему выпрямленный ток, остается приXd = неизменным и равным среднему значению тока Id.

В период коммутации ток, в заканчивающем свою работу вентиле, равен

. (1.108)

Аналитическую зависимость для угла  можно получить, подставив в (1.107) значение при t=, либо в (1.108) значение приt= .

Это дает

, (1.109)

откуда

. (1.110)

Мгновенное значение выпрямленного напряжения в период коммутации равно полусумме фазных напряжений (рис 1.20, в), поскольку напряжения коммутирующих фаз становятся одинаковыми в силу общих потенциалов у начала и конца обмоток (у фазы вступающих в работу, напряжение снижается на столько же, насколько оно понижается в фазе, заканчивающей свою работу)

(1.111)

По окончании коммутации выпрямленное напряжение повышается скачком, а далее во внекоммутационный период следует за изменением фазового напряжения.

Падение выпрямленного напряжения в период коммутации, характеризуемое ординатами заштрихованных на рис.1.20, в площадок, дает полуразность фазовых напряжений

(1.112)

Среднее значение падения напряжения может быть найдено путем обобщения формулы (1.91) для однофазной схемы на m фаз. Это дает

(1.113)

Подставляя в (1.113) значение из (1.109), получаем

(1.114)

Падение напряжение определяет ход внешней характеристики приXd =0

. (1.115)

Ход обратного напряжения на вентиле в схеме выпрямления тока показывает кривая, построенная для вентиля VD2 на рис. 1.20, д. Максимальное значение обратного напряжения на вентиле при m =3 равно

. (1.116)

Начальный скачек обратного напряжения равен выражению

. (1.117)

Необходимо иметь ввиду, что при оценке надежности работы вентиля (в отношении вероятности пробоя) наряду с большое влияние на такую вероятность оказывает начальное значение обратного тока, находящегося в прямой зависимости от скорости спада анодного токаперед включением вентиля. В связи с этим становится особо важно знать ход изменения тока в период коммутации. Производную анодного тока дает дифференцирование по углу уравнения (1.107)

.

Величина повышает значение производной в момент, предшествующей включению вентиля, а величинаXa уменьшает производную тока .

Поэтому в тех случаях, когда по расчетам превышает допустимые (предельные

значения) скорости изменения анодного тока вентилей, необходимо устанавливать дополнительно реактор в цепи первичного напряжения согласующего трансформатора.

Однофазная схема с нулевым выводом (двухполупериодная)

Схема выпрямителя представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей, работающих на общую нагрузку.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений цепей.

На интервале времени [0;] потенциал точки а – положительный, а точки б – отрицательный, поэтому диодVD1 – открыт и через него протекает ток. Напряжение, снимаемое с верхней обмотки трансформатора прикладывается к нагрузке. В моментпроисходит перекоммутация сVD1 наVD2, т.к. отрицательный потенциал прикладывается к катодуVD2. Таким образом через нагрузку ток протекает в одном и том же направлении в течение одного периода.

Достоинства схемы выпрямления: за счет малого числа коммутируемых элементов уменьшаются потери в выпрямительном звене, что позволяет использовать схему при высоком токе нагрузки. Существует возможность размещения полупроводников на одном радиаторе без изолятора.

Недостатки схемы выпрямления: при отключении диода за счет наведения ЭДС с работающей полуобмотки в неработающую происходит удвоение напряжения, прикладываемого к диоду в закрытом состоянии. Это не позволяет использовать схему при высоких уровнях выпрямленного напряжения. Кроме того на каждом такте участвует в работе только одна из полуобмоток, что ухудшает использование трансформатора. С точки зрения качественных показателей (К0п) данная схема не отличается от однофазной мостовой схемы выпрямления.

Основные соотношения для схемы выпрямителя:

.

Под габаритной мощностью трансформатора понимаем полусумму мощностей всех обмоток трансформатора, поэтому с учетом 2-х полуобмоток трансформатора в уравнение для Pmр во втором слагаемом появляется множитель, равный 2. ТокIапротекает в течение одного полупериода и имеет синусоидальную форму, поэтому дополнительно появляется множитель, равный(поскольку). В однофазной мостовой схеме выпрямителяKтр= 1,23,что используется в уравнение дляPтр. Тогда, для двухполупериодной схемы имеем

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (трехфазный однополупериодный)

Данная схема содержит трехфазный трансформатор Tи три диода. Нагрузка включается между точкой соединения диодов и нулевым выводом.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений различных цепей схемы выпрямления.

На интервале времени [t1;t2] фаза “a” имеет наибольший потенциал по сравнению с другими фазами относительно нулевой точки трансформатора , поэтому диодVD1 находится в открытом состоянии и через него протекает ток. На нагрузке напряжение изменяется по закону огибающей фазы “a”.

В момент t2происходит перекоммутация сVD1 наVD2, т.к. потенциал фазы “b” становится наибольшим по отношению к нулевой точке. К нагрузке прикладывается фазное напряжение.

На интервале времени [t2;t3] к первому диоду прикладывается линейное напряжение между фазами “b” и “a” и он находится в закрытом состоянии.

В момент t3прикладывается линейное напряженияUca, так как происходит переключение вентилей (сVD2 наVD3).

К недостатком этой схемы можно отнести:

  • Высокий уровень обратного напряжения (среднее напряжение – фазное, обратное – линейное), что не позволяет использовать данную схему при повышенных уровнях напряжения.

  • Ток во вторичной цепи трансформатора протекает в течение одной третьей части периода и имеет одностороннее направление, что увеличивает габаритные размеры трансформатора. Для исключения подмагничивания сердечника необходимо делать запас по намагниченности (уменьшать значение Bm), что приводит к дополнительному увеличению габаритов трансформатора. Иногда в сердечник трансформатора вводят воздушный зазор.

  • Более низкие качественные показатели (Kп ,K0) по сравнению с двухполупериодной схемой выпрямления.

  • Индуктивность рассеяния трансформатора влияет на форму выпрямленного напряжения, что является ограничением по мощности. При этом снижается уровень выпрямленного напряжения, и возрастают пульсации.

  • С точки зрения монтажа схемы – исключена возможность соединения вторичной цепи треугольником из за нулевого вывода.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

  • более высокие токи нагрузки по сравнению с двухтактной схемой (малые потери из-за того, что в работе участвует один вентиль в любой момент времени).

2.1.2. Однофазная схема выпрямления с нулевой точкой вторичной обмотки трансформатора

Рассмотрим режим работы этой схемы, когда Xd = . Схема такого выпрямителя представлена на рис. 2.3 . Временные диаграммы представлены на рис. 2.4.

Рис.2.3. Контур тока короткого замыкания в

коммутационном периоде

Среднее значение выпрямленного напряжения

(2.10)

Отличие во временных диаграммах по сравнению с диаграммами неуправляемого выпрямителя заключается в том, что коммутация тока происходит здесь не при начальных значениях фазовых ЭДС а при больших значениях, соответствующих углу управления . Это ускоряет коммутацию, в связи с чем угол коммутацииполучается меньше (рис. 2.4 ,а., б.,).

Рис. 2.4. Работа однофазного управляемого

двухполупериодного выпрямителя с

нулевой точкой

Аналитическую зависимость для угла коммутации можно найти так же, как и для неуправляемого выпрямителя. Принужденная составляющая , определяемая по (1.93) и построенная пунктиром на рис. 2.5, г. остается такой же

Свободная составляющая тока имеет, в связи со сдвигом начала коммутации на угол , значение отличающееся от (1.97) на cos 

. (2.11)

Участок, определяющий ток коммутации, сдвигается в этом случае по косинусоиде на угол вправо от отрицательного максимума (ордината равна ) Теперь, если от точки, определяемой ординатой, провести линию, равную по величинеId , то получим время коммутации, равное углу . Участок косинусоиды , обведенный жирной линией, определяет характер перехода тока с вентиляVS1 на вентиль VS2 .

. (2.12)

Подставляя в (2.12) угол t = и ток Id вместо , мы находим, что

, (2.13)

откуда .

Уравнение (2.13) определяет исходную связь между током нагрузки Id и углом коммутации .

Падение напряжения за счет коммутации

(2.14)

При подстановке из уравнения (2.13) величины в уравнение (2.14) получим зависимостьот

(2.15)

аналогичную для неуправляемого выпрямителя.

Отсюда следует, что внешние характеристики управляемого выпрямителя (рис. 2.5, а.) имеют такой же наклон, как и у неуправляемого. Каждому углу управления отвечает здесь своя внешняя характеристика.

Рис. 2.5. Режим коммутации и регулировочные характеристики однофазной

нулевой схемы выпрямления

Одной из важнейших особенностей управляемых выпрямителей является способность регулировать среднее значение выпрямленного напряжения Ud при изменении угла  (рис. 2.5, д). При =0 кривая выходного напряжения Ud соответствует случаю неуправляемого выпрямителя и напряжение максимально.

Углу управления    отвечает напряжение иUd =0. Иными словами, управляемый выпрямитель при изменении угла  от 0 до 180 (электрических градусов) осуществляет регулирование напряжения Ud в пределах от максимального значения до нуля.

Зависимость напряжения Ud от угла управления называют регулировочной характеристикой. Это напряжение на интервале    соответствует выражению

.

Умножив и разделив это выражение на 2, получим

.

До угла управления 60 индуктивность Xd мало влияет на характер регулировочной характеристики. Затем с увеличением Xd до бесконечности предельный угол управления уменьшается с 180º до 90º.

Изменение напряжения в вентиле (анод-катод) при Хd=показывает криваяUak 2.5, в. Она построена по разности ординат синусоиды .

Максимальное значение прямого напряжения

. (2.16)

Начальный скачек обратного напряжения

. (2.17)

Фазовый сдвиг при Xd =  между ибудет определяться фазой междуи первой гармоникой тока

. (2.18)

Так как угол является отстающим, то выпрямитель нагружает сеть такой же по знаку реактивной мощностью индуктивного характера.

3.1. Однофазный двухполупериодный неуправляемый выпрямитель с нулевым выводом.

Рисунок 3.3

Силовой трансформатор Tр имеет две вторичные обиотки W2’, W2’’, связанные с первичной обмоткой id коэффициентом трансформации Схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток сдвинуты относительно друг друга на 180 градусов. Рассмотрим работу схемы для активной нагрузки (рисунок 3.3).

При поступлении полуволны напряжения положительной полярности (интервал 0-π) напряжение на обмотках транзистора без скобок. К диоду VD1 прикладывается напряжение положительной полярности, к VD2 – отрицательной. Таким образом на интервале от 0 до π VD1 открыт VD2 закрыт.

При поступлении напряжения U1 отрицательной полярности (интервал π — 2 π), полярность напряжения на обмотках транзистора становится в скобках. VD1 закрывается, VD2 – открывается. К нагрузке прикладывается напряжение той же полярности, что и на предшествующем интервале. Далее процессы повторяются. Среднее выпрямленное напряжение

.

Средний ток нагрузки .

Средний ток диода, необходимый для его выбора .

3.2.1. Работа выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке.

Рисунок 3.4

Режим активно-индуктивной нагрузки (рисунок 3.4) получается при включении последовательно с активной нагрузкой сглаживающего L – фильтра или при работе выпрямителя на обмотку электромагнита, или двигатель постоянного тока. Здесь, как и в предыдущем случае, режим работы диодов определяется напряжениями вторичных обмоток трансформаторов. VD1 открыт на интервалах 0-π, 2π- 3 π, и т.д., а VD2 на интервалах π-2π, 3π-4π и т.д. .Кривая напряжения Ud образуется напряжением вторичных обмоток трансформатора и имеет тот же вид, что и при активной нагрузке. Ток id под влиянием индуктивности получается сглаженным. Поскольку ток в индуктивности отстает по фазе от напряжения, максимумы id следуют с некоторой задержкой относительно максимумовUd. Если активное сопротивление дросселя принять равным нулю, то форма напряжения Udн имеет тот же вид , что и ток id, а среднее напряжение на нагрузке (среднему напряжению на выходе выпрямителя). При увеличении индуктивности её сглаживающие действия повышаются и пульсации в кривой Udн – уменьшаются.

3.2.2. Работа выпрямителя при активно-ёмкостной нагрузке

Рисунок 3.5

Активно-ёмкостная нагрузка выпрямителя (рисунок 3.5) создаётся при использовании конденсатора для сглаживания кривой выпрямленного напряжения. При этом поведение схемы характеризуется импульсным режимом работы.

В отличие от предыдущих случаев для отпирания диодов VD1 или VD2 недостаточно только изменения полярности полуволн напряжений. Необходимо, чтобы вторичные напряжения превысили напряжение на конденсаторе С, определяющие потенциал катодов VD1 и VD2 и выходное напряжение Ud.

Пусть на интервале ,и . Оба диода при этом закрыты. К VD2 приложено обратное напряжение . VD1 закрыт, т.к. и приложено к нему в обратном направлении. Питание нагрузки производится от конденсатора, разряжающегося на неё с постоянной времени . В момент , VD1 открывается, подключая конденсатор и нагрузку к напряжению U2’. На интервале конденсатор разряжается под действием напряжения U2’. Процесс заряда конденсатора заканчивается в момент , когда напряжение на нём станет равным U2’ и VD1 закрывается. На интервале VD1 и VD2 заперты, конденсатор разряжается на нагрузку. В момент , открывается VD2 и на интервале пропускает импульс зарядного тока конденсатора. Далее процессы повторяются.

Наличие конденсатора делает кривую Ud сглаженной по сравнению с активной нагрузкой. Поскольку Cd = Ud/Rн, ток нагрузки получается также хорошо сглаженный.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *