Материал: Расчет выпрямителей и стабилизаторов методические указания для индивидуальной работы студентов по дисциплине «Электропреобразовательные устройства РЭС». Воробьева Е.И., Юшин А.М

В итоге необходимо отметить следующее:

1. При нагрузке, начинающейся о емкости, выпрямитель ра­ботает с отсечкой тока. Импульсы тока вентилей имеют длитель­ность, меньшую Т/т₂.

2. Выпрямленное напряжение и ток нагрузки имеют пилооб­разную форму. -

3.Форма импульса тока вентиля близка к косинусоидальной.

4. Чем больше ток нагрузки, тем больше угол отсечки тока и тем меньше выпрямленное напряжение.

5. Beличина емкости конденсатора определяет как напряже­ние пульсаций, так и отклонение от косинусоидальной формы им­пульса тока.

6. На приведенных соотношениях и основан простейший рас- чет выпрямителя, нагрузка которого начинается с емкости.

Если сопротивление индуктивности рассеяния, пересчитан­ное в фазу вторичной обмотки трансформатора, оказывается срав­нимым с омическим сопротивлением фазы r_ф , то форма импульса тока фазы будет заметно отличаться от косинусоидальной (рис. 1.7) даже при бесконечно большой емкости конденсатора С/1/.

Длительность импульса получается больше 2 , и он становится несиммет­ричным.

П

Рис. 1.7. Форма импульса тока фазы с учетом индуктивности рассеяния

остоянная составляющая выпрямленного напряжения, действующее и амплитудное значения тока вентиля и коэф­фициент пульсаций будут в этом случае зависеть не только от отношения r_ф/Rн, определяющего угол отсечки при L_s=0, но и от относительной постоянной времени зарядной цепи:

(1.19)

Проведя расчеты, аналогичные изложенным, можно получить формулы, подобные (1,14), (I.I5), (I.I6), (I.I8), но коэффи­циенты B(A),D(A),F(A),H(A,m₂) входящие в них, будут функцией не только параметра А, но и X. Значения этих ко­эффициентов даются соответствующими кривыми на рис. I.6.A, это позволяет производить расчет выпрямителя по тем же самым формулам, что и при отсутствии индуктивности рассеяния.

В конце отметим достоинства основной однофазной схемы: "простота и минимальное число элементов. Недостатки схемы: большая величина пульсации, низкая частота пульсации, высокое обратное напряг лие на вентиле, вынужденное намагничивание трансформатора.

1.3 Основная двухфазная схема выпрямителя

Основная двухфазная схема выпрямителя представлена на рис. 1.8.

В первый полупериод открыт вентиль VD1 , и ток протекает через верхнюю половину вторичной обмотки, VD1 и сопротивление нагрузки R_н . Во второй полупериод открыт вентиль VD2 и R_н, ток протекает через нижнюю половину вторичной обмотки. Таким образом ток в R_н протекает в неизменном направлении и напряжение на выходе выпрямителя постоянно по знаку.

Определим основные параметры выпрямителя /2/. Среднее, значение выпрямленного напряжения

(1.20)

из (1.20) получаем

(1.21)

Частота пульсаций в 2 раза больше 'частоты сети f_п=2f_c. Коэффи­циент пульсаций по первой гармонике

(1.22)

Наибольшее обратное напряжение, прикладываемое к вентилю.

(1.23)

Среднее значение тока, протекающего через вентиль,

(1.24)

Габаритная мощность первичной обмотки трансформатора

(1.25)

Габаритная мощность вторичной обмотки трансформатора

(1.26)

Габаритная мощность трансформатора

(1.27)

Если использовать индуктивный фильтр, то форма тока и напряжения на нагрузке сохраняются и отличие в расчетах будет только в определении габаритных мощностей

(1.28)

Работа схемы на емкостной фильтр представлена на рис. 1.9.

В ремя работы фазы и вентиля в этом случае меньше половины перио- да и зависит от вели- чин С, RH . Расчет схемы ведется графо-аналитическим методом по методике, изложенное в 1.2 для m₂=2 . Коэффициенты определяются по

графикам рис.1.6 а,б,в,д.

В

Рис. 1.9. Временная диаграмма работы основной двухфазной схемы выпрямителя на емкостный фильтр

конце отметим достоинства основной двухфазной схемы выпрямителя: повышенная частота пульсаций, минимальное число вентилей, возможность применения общего радиатора без изоляции вентилей. К недостаткам схемы следует отнести: усложненную конструкцию трансформатора, плохое использование трансформатора, высокое обратное напряжение на вентилях.

1.4 Двухфазная мостовая схема выпрямителя

Мостовая схема (рис. 1.10) строится на одной вторичной обмотке трансформатора.

Рис.1.10 Двухфазная мостовая схема выпрямителя

и временная диаграмма ее работы

В первый полупериод потенциал верхней точки вторичной обмотки трансформатора положителен относительно нижней точки, и ток протекает от плюса вторичной обмотки через вентильVD3,R_Н вентильVD2 к минусу вторичной обмотки.

Во второй полупериод потенциал нижней точки вторичной

обмотки трансформатора положителен относительно верхней точки, и ток протекает от плюса вторичной обмотки через вентиль VD4,VD1 к минусу вторичной обмотки. В результате через ток протекает в неизменном направлении. При .емкостном фильтре временная диаграмма совпадает с диаграммой для основной двух­фазной схемы (рис. 1.9).

Основные параметры мостовой схемы выпрямления во многом совладают с параметрами основной двухфазной схемы выпрямления за исключением

; ;

_(1.29)

Откуда видно, что мостовая схема из всех двухполупериодных схем обладает наилучшими технико-экономическими показате­лями.

Достоинства мостовой схемы: повышенная частота пульса­ций, низкая величина обратного напряжения, прикладываемого к вентилю, хорошее использование трансформатора, возможность, ра­боты без трансформатора.

Недостатки мостовой схемы: большое число вентилей, повышает падение напряжения в вентилях, невозможность установки однотипных вентилей на одном радиаторе -без изолирующих про­кладок.

1.5 Основная трехфазная схема выпрямителя

На рис. 1.11 приведена основная трёхфазная схема .выпрямителя.

Н

Рис. 1.11. Основная трехфазная схема выпрямителя

апряжения U₂ в фазах а , в, с сдвинуты на 120°, поэтому диод каждой фазы открывает" только третью часть периода, и ток протекает через фазную обмотку, диод и нагрузку R_н . Потом вступает в работу вторая фаза на одну треть периода и затем третья. В результате на нагрузке получается напряжение одной полярности с частотой пульсации в 3 раза превышающей частоту сети fп=3fc.

Основные параметры трехфазной схемы при соеди­нении обмоток звезда-звезда (рис. 1.11) следующие /1 / . Сред­нее значение выпрямленного напряжения

(1.30)

Коэффициент пульсаций по первой гармонике

(1.31)

где m₂=3 для основной трехфазной схемы.

Наибольшее обратное напряжение, прикладываемое к вентилю.

(1.32)

Среднее значение тока, протекающего через вентиль,.

(1.33)

Габаритные мощности трансформатора для активной нагрузки

, , (1.34)

и для индуктивной нагрузки

, , (1.35) (1.35)

Достоинством основной трехфазной схемы по сравнению с двухполупериодными схемами является меньшая величин, и большая частота пульсаций. Кроме того, из-за малого падения напряжения на вентилях эта схема часто применяется при очень низких на­пряжениях на нагрузке.

Недостатки схемы: большая величина обратного напряжения, прикладываемого к вентилю, плохое использование трансформатора, подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током, невозможность соединения вторичной обмотки треугольником.

1.6. Трехфазная мостовая схема выпрямителя

На рис. I.12 приведена трехфазная мостовая схема выпрямителя (схема Ларионова)

Для схемы Ларионова, в отличие от предыдущей, тран­сформатор может иметь любое соединение первичных и вторич­ных обмоток - как треуголь­ником, так и звездой.

Рис. 1.12. Трехфазная мостовая схема выпрямителя

Мостовую схему можно представить в виде последова­тельного соединения, двух ос­новных трехфазных выпрямите­лей. Один выпрямитель состоит из вентилей VD4…VD6, катоды которых соединены в общую точку. Напряжение на выводе его положительно, относительно нулевой точки трансформатора.

Второй выпрямитель образует вентили VD1..VD3. Выходы этих выпрямителей соединены последовательно, и к нагрузке подводит­ся суммарное напряжение.

Основные параметры схемы Ларионова /1/ . Среднее значение выпрямленного напряжения

(1.36)

Частота пульсаций

(1.37)

Коэффициент пульсаций по первой гармонике

(1.38)

где m₂= 6 для схемы Ларионова.

Наибольшее обратное напряжение, прикладываемое к вентилю,

(1.39)

Среднее значение тока, протекающего через вентиль

(1.40)

Габаритная мощность трансформатора не зависит от вида нагрузки

(1.41)

Сравнивая параметры основной трехфазной семы выпрямителя и схемы Ларионова, необходимо отметить следующее преиму­щества последней: малое обратное напряжение на вентилях, хоро­шее использование трансформатора, небольшая амплитуда и повы­шенная частота пульсации, отсутствие вынужденного намагничи­вания трансформатора и возможность применения трансформатора с любыми схемами соединения обмоток. Недостаток схемы Ларионо­ва - большое число вентилей.

1.7 Выбор схемы выпрямителя и вентиля

Принято классифицировать схемы выпрямителей по числу вы­прямленных фаз переменного напряжения. Различают одно-, двух-, трех- и шестифазные схемы /1/ . Выпрямители с большим числом фаз встречаются редко.

Проведем сравнение рассмотренных выше схем выпрямителей. Основная однофазная схема характеризуется относительно плохи­ми показателями выпрямления. В ней плохо используется трансфор­матор, получаются большие пульсации выпрямленного напряжения при низкой их основной частоте. Помимо этого, однофазные, как и двухфазные, схемы создают несимметричную нагрузку на трех­фазную сеть.

Однако простота однофазных схем заставляет отдавать предпочтение перец многофазными в целом ряде случаев, в .особен­ности при получении высоких напряжений "при малых токах нагрузки . Более часто и? однофазных схем применяют основную схему, схему удвоения и схемы умноже­ния напряжения.

Двухфазные схемы выпрямителей по сравнению с однофазными дают более высокую частоту пульсаций и меньшею их величину. Поэтому хорошая фильтрация в них достигается значительно проще. Этим и объясняется широкое применение двухфазных схем. Из них наиболее популярны основная и мостовая.