Материал: s_electro

•вентили идеальные, т. е. они заменяются ключами, имеющими нулевое сопротивление в состоянии «включено» и бесконечное сопротивление (разрыв цепи) в состоянии «выключено», в результате снимается учет влияния параметров конкретного вентиля на параметры выпрямленного тока;

•входной фильтр отсутствует, выходной фильтр идеальный, т. е.

при индуктивном фильтре Ld (Xd) = ∞, выпрямленный ток пульсаций не содержит, в результате снимается учет влияния параметров конкретного фильтра на параметры выпрямленного тока.

Использование указанных допущений в математической модели выпрямителя позволяет обойтись без сложных соотношений между переменными, порождаемых использованием аппарата дифференциальных уравнений, как это было показано выше. Кроме того, неучет реальных параметров элементов выпрямителя позволяет в чистом виде выявить свойства собственно процесса преобразования переменного тока в постоянный. Полученные на этом этапе анализа простые расчетные соотношения для элементов выпрямителя в последующем, на втором этапе анализа выпрямителя с учетом реальных параметров элементов выпрямителя, будут только скорректированы, а не аннулированы.

2.3. ДВУХФАЗНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО

ТОКА (m1 = 1, m2 = 2, q = 1)

Одни и те же схемы выпрямления не всегда одинаково (и корректно) называются в разных источниках, поэтому приводится формальный код схемы. Из него следует, что входной трансформатор преобразует однофазное напряжение питающей сети в двухфазное, которое и выпрямляется в однополупериодной схеме выпрямления, показанной на рис. 2.3.1.

этапе по этим диаграммам проводится количественный анализ, позволяющий получить расчетные соотношения для всех элементов схемы и

наиболее положителен. Вентили катодной группы обозначаются нечетными цифрами. На второй временной диаграмме представлены кривые выпрямленного напряжения ud и выпрямленного тока id при сделанном допущении идеального фильтра Xd = ∞. Кривая выпрямленного напряжения повторяет кривые вторичных напряжений по интервалам проводимости соответствующих вентилей. Выпрямленный ток пульсаций не содержит, и его мгновенные значения совпадают с его средним значением Id. На третьей диаграмме представлена кривая напряжения на сглаживающем реакторе, который в идеальном случае воспринимает всю пульсацию (переменную составляющую) выпрямленного напряжения. На четвертой диаграмме показаны анодный ток первого вентиля iа1 и обратное напряжение на нем ub1. При проводящем вентиле 3, когда u2x положительна, через него к вентилю 1 прикладывается межфазное напряжение u2а – u2x, т. е. двойное значение амплитуды фазного напряжения u2. Из этой диаграммы становится очевидным приведенное выше правило определения проводящего вен-

72

тиля в катодной группе: когда анодное напряжение вентиля не является наиболее положительным, к нему приложено обратное напряжение и он не может проводить ток. С другой стороны, когда вентиль проводит ток, то при сделанном допущении об идеальности вентилей прямое падение напряжения на нем отсутствует.

Зная анодные токи вентилей, теперь можно построить токи во вторичных обмотках трансформатора. Так как ко вторичной обмотке с напряжением u2a подсоединен один вентиль 1, то форма тока в обмотке совпадает с формой анодного тока вентиля, т. е. i2a = ia1, что и представлено на первой временной диаграмме. Аналогично определяется форма вторичного тока в обмотке с напряжением u2x, т. е. i2x = ia3, который, очевидно, аналогичен форме вторичного тока i2a, но сдвинут во времени на половину периода напряжения питающей сети. И, наконец, по известным формам токов во вторичных обмотках трансформатора на пятой временной диаграмме построены кривая тока в первичной обмотке i1 идеального трансформатора и кривая напряжения первичной обмотки u1, с которой синфазно напряжение u2a вторичной обмотки трансформатора в соответствии с выбранными положительными направлениями напряжений обмоток, обозначенными стрелками. Методика построения первичного тока следует из уравнений для МДС обмоток трансформатора, связанных законом Кирхгофа для магнитных цепей:

i1w1 = i2a w2 −i2x w2

где w1, w2 – число витков первичной и вторичной обмоток соответственно.

В данной схеме ток первичной обмотки равен алгебраической сумме токов вторичных обмоток, взятых с коэффициентом трансфор-

мации Кт.

Необходимо отметить характерную особенность однополупериодной схемы выпрямления – однонаправленность токов во вторичных обмотках трансформатора, что свидетельствует о наличии в них постоянных составляющих. Но так как магнитная система (сердечник из трансформаторной стали) однофазного трансформатора является одноконтурной, то в результирующем магнитном потоке в сердечнике

73

постоянного подмагничивания не будет, так как токи в двух вторичных обмотках направлены встречно.

По результатам качественного анализа электромагнитных процессов в исследуемом выпрямителе можно отметить еще следующие осо-

бенности использования трансформатора в ней. Во-первых, разли-

чие форм токов во вторичной и первичной обмотках трансформатора и, во-вторых, их несинусоидальный характер. Первая особенность связана с наличием вентилей во вторичных обмотках трансформатора, в то время как в первичной обмотке, непосредственно подключенной к источнику переменного напряжения, протекает чисто переменный ток. Вторая особенность связана с тем, что вентильная ячейка для цепи синусоидального напряжения представляет резко нелинейную нагрузку, форма тока в которой существенно зависит от вида этой нелинейности.

Второй этап анализа выпрямителя является математическим.

Здесь, во-первых, необходимо получить энергетические показатели качества элементов устройства, т. е. расчетные соотношения для определения параметров трансформатора, вентилей, фильтра через параметры звена постоянного тока, которые при проектировании являются заданными. Во-вторых, необходимо рассчитать энергетические показатели качества процессов на входе и выходе выпрямителя. Методика анализа при первом уровне допущений – допущений об идеальности элементов схемы – состоит из следующих пятнадцати шагов.

1. Устанавливается связь между средним значением выпрямленного напряжения неуправляемого выпрямителя Ud0 с действующим значением напряжения вторичной обмотки трансформатора из соответствующей временной диаграммы на рис. 2.3.2.

откуда

2. Вычисляется среднее значение анодного тока вентиля Ia

74

3. Вычисляется действующее значение анодного тока вентиля Iа.д

Коэффициент формы анодного тока вентиля

4. Вычисляется максимальное значение анодного тока вентиля

5. Вычисляется максимальная величина обратного напряжения на вентиле по отношению к Ud0

6. Вычисляется установленная мощность вентилей с неполным управлением (тиристоры)

с полным управлением (транзисторы, запираемые тиристоры)

75