Попов И.И. Основы энергетической электроники - файл n1.doc

приобрести
Попов И.И. Основы энергетической электроники
скачать (2749.2 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc21194kb.07.04.2004 23:33скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   30

3.2 Однофазный однополупериодный выпрямитель

3.2.1 Работа на активную нагрузку


Схема выпрямителя показана на рис. 3.1. Поскольку рассматривается идеальный выпрямитель, то u2= U2m·sin =KT ·u1= u?1, где = · t, а KT – коэффициент трансформации идеального трансформатора. Под действием u2 ток в цепи нагрузки протекает только в течение тех полупериодов, когда анод вентиля V имеет положительный потенциал относительно катода. Таким образом, вентиль V пропускает ток в первый полупериод.

Во второй полупериод, когда потенциал анода становится отрицательным, ток в цепи равен нулю, т.е.
id =i2 =·sin (0  )
id =i2 =0 (  2)
Выпрямленное напряжение
ud =Rd · id =Udm · sin (3.1)
где Udm - амплитудное значение выпрямленного напряжения.

Среднее значение выпрямленного напряжения
Udio = d=Udm/? =U2m /? (3.2)
Среднее значение выпрямленного тока (также тока V)
Id= Ud / Rd = U2m /( ·Rd) (3.3)

Действующее значение тока вентиля:
IRMS = = =U2m/(2Rd) (3.4)
Максимальное обратное напряжение на вентиле достигает амплитудного значения напряжения вторичной обмотки:

URRM=U2m= ·Udio (3.5)


На рис. 3.1 представлены временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу выпрямителя.



Рис. 3.1. Однофазный однополупериодный выпрямитель при работе на активную нагрузку: а - эквивалентная схема; б-д - временные диаграммы напряжений и токов для неуправляемого режима ( = 0); е-з - то же для управляемого режима (  0)



Рис. 3.1. Однофазный однополупериодный выпрямитель при работе на активную нагрузку:

а – эквивалентная схема; б-д – временные диаграммы напряжений и токов для неуправляемого режима (?=0); е-з – то же для управляемого режима (??0)

Рис.3.2. Однофазный однополупериодный выпрямитель при активно-индуктивной нагрузке:

а-эквивалентная схема;

б-импульс тока управление длительностью меньше ? для разных значений угла регулирования ?;

в-диаграммы напряжения анодной цепи и ток нагрузки при разных значениях угла регулирования независимо от длительности импульса тока управления; г- выпрямленное напряжение, при длительности импульса тока управления меньше ?, для разных значений угла регулирования ?; е- выпрямленное напряжение при длительности импульса тока управления, равном ?, для разных значений угла регулирования ?

Изменяя угол сдвига , управляющего импульса относительного напряжения анодной цепи u2, можно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения.

В этом случае среднее значение выпрямленного напряжения определяется по формуле:

Udi == (1+ cos ) = (1+ cos) (3.6)
где Udi0 - значение Ud при = 0 для идеального выпрямителя.

Разложение функции напряжения со средним значением Udi 0 в ряд Фурье дает гармонические составляющие с номерами = 1,2,3...

Действующее значение всех гармоник, содержащейся в кривой выпрямленного напряжения, называется напряжением пульсаций Uq , а его отношение к идеальному постоянному напряжению Udi 0 -коэффициентом пульсаций:
q= Uq / Udi 0. (3.7)

Если в кривой постоянного напряжения содержится лишь единственная синусоидальная гармоническая составляющая, то коэффициент пульсаций определяется по формуле:
q’ =(Ud max-Ud min)/(Ud max+Ud min) (3.8)
где Ud max и Ud min – соответственно максимальное и минимальное значение постоянного напряжения в течение одного периода. При этом коэффииент пульсаций в 2 раз больше, чем расчитанный по формуле (3.7).

Значение q обычно определяют по амплитуде первой (основной) гармонической составляющей как наибольшей из всех остальных и трудно поддающейся фильтрации. Природа высших гармонических составляющих, их определение и расчет более подробно изложены в гл.4.

Для рассматриваемой схемы q =1.21 . Регулировочная характеристика выпрямителя в режиме работы на активную нагрузку показана на рис. 3.6, а зависимость длительности открытого состояния вентиля в режиме прерывистого тока от угла управления при различных значениях н (н =arctg Lн / Rн) определяет угол отставания вектора тока нагрузки от вектора напряжения (см. рис. 3.7).

3.2.2 Работа на активно-индуктивную нагрузку


Анализ данного режима (рис. 3.2) важен для изучения влияния на процессы в выпрямителях сглаживающих фильтров с дросселем во входной цепи, например, при работе выпрямителя на обмотку электромагнита или обмотку машины постоянного тока мощностью до 1 кВт. Влияние индуктивности Ld заключается в следующем: энергия, запасенная в дросселе при нарастании тока id, увеличивает длительность протекания тока через вентиль. При = 0 >, а при 0 значение уменьшается. При > в момент перехода напряжения u2 через 0 вентиль V не может закрываться. Вследствие этого напряжение ud будет нарастать в сторону отрицательной полуволны до тех пор, пока ток в вентиле не уменьшится до нуля.

При длительности импульса управляющего тока, равном , вентиль V не может закрыться после перехода напряжения u2 через 0 даже после уменьшения тока в вентиле до нуля в силу того, что не выполняется второе условие закрывания вентиля V (не отсутствует импульс управляющего тока) до окончания управлябющего импульса.

Значение зависит от угла управления и н (н = аrctg Lн/Rн).

Эти зависимости показаны на рис. 3.7.

Р
ис. 3.3. Однофазный однополупериодный выпрямитель при активно - емкостной нагрузке (а) и временные диаграммы его работы, (б)для идеального выпрямителя, (в)для реального выпрямителя

3.2.3 Работа однофазного однополупериодного выпрямителя на активно-емкостную нагрузку


Эта схема (рис. 3.3) используется при малых токах нагрузки. На интервале 1 2 ток, потребляемый от сети, протекает через вентиль, и конденсатор С заряжается. Как только напряжение на конденсаторе uc , станет равно или больше напряжения u2 , вентиль V закрывается. После запирания вентиля ток нагрузки обеспечивается конденсатором, который разряжается, и напряжение ud снижается по экспоненциальному закону с постоянной времени = RC. Очевидно, пульсации Ud зависят от . Если больше 3/f и сопротивление о
бмотки трансформатора меньше сопротивления нагрузки, выпрямленное напряжение остается в течение всего периода практически постоянным и примерно равным ·U2.

Так как ток iV протекает через диод лишь в течение небольшой доли периода, диод переиспользуется по току (рис. 3.3, 6).

В реальных схемах, т. е. если преобразователь не считать идеальным, напряжение на конденсаторе С, а следовательно, и напряжение ud на интервале 12 оказываются несколько меньше напряжения u2 вследствие падения напряжения в цепи заряда от протекания зарядного тока. Падение напряжения u складывается из падения напряжений на активных сопротивлениях первичной и вторичной обмоток трансформатора, соединительных проводах и падения напряжения на диоде. При этом временные диаграммы напряжения ud тока вентиля iV имеют вид, показанный на рис. 3.3, в. Следовательно, и зарядный ток конденсатора, и ток вторичной обмотки трансформатора, и ток вентиля iV имеют вид импульсов с амплитудой IVM . С учетом коэффициента трансформации КT такую же форму имеет и первичный ток i1 .

Однако при расчетах преобразовательных установок в энергетике значение u2 принимают на зажимах вторичных обмоток трансформатора под номинальной нагрузкой. Таким образом, на долю u остается падение напряжений в вентиле и активных сопротивлениях соединительных проводов. Вследствие этого им можно пренебречь при анализе работы преобразователей, а учитывают только при расчете токов короткого замыкания.

3.2.4 Работа на противоЭДС


Схема (рис. 3.4) встречается, например, при зарядке аккумуляторов или питания якорной цепи машины постоянного тока. Как видно из временных диаграмм, выпрямленный ток имеет большие пульсации и протекает лишь на интервале -, когда мгновенное значение переменного напряжения u2 превышает напряжение противоЭДC Е0. Вследствие этого схема используется редко и лишь при малых мощностях.



Рис. 3.4. Однофазный однополупериодный выпрямитель при работе на противоЭДС: (а)схема выпрямителя и (б)временные диаграммы его работы


3.2.5 Схема с шунтирующим (нулевым) диодом


Эта схема (рис. 3.5) используется для нагрузки с большой индуктивностью, т.е. нагрузки, постоянная времени которой = Ld/R существенно больше, чем 1/f.

Например, в таком режиме работают обмотки возбуждения машин постоянного тока. При этом выпрямленный ток хорошо сглаживается (практически постоянен). Если = 0 , то вентиль V1 проводит ток в течение положительного полупериода напряжения u2. В течение отрицательного полупериода ток поддерживается за счет магнитной энергии, накопленной в индуктивности цепи нагрузки, и замыкаются через нулевой диод V0.

В случае  0 ,когда используется лишь часть положительной полуволны u2 (рис.3.5, в), средние значения выпрямленного напряжения Ud и тока Id будут уменьшены. Если нулевой диод V0 проводит ток в течение времени большего, чем , ток нагрузки будет непрерывен. Выпрямленные напряжение и ток при = 0 определяются выражениями (3.2) и (3.3), а регулировочная характеристика – выражением (3.6) или по кривой на рис.3.6.




Рис. 3.5. Схема с нулевым диодом при работе на активно-индуктивную нагрузку:

а – схема; б – временные диаграммы при = 0; в - то же при  0








Рис.3.6. Регулировочная характеристика однофазного однополупериодного выпрямителя

Рис.3.7.Зависимость длительности открытого состояния вентиля от угла управления при различных значениях н=arctg(L/R)

3.2.6 Схемы выпрямления с удвоением и учетверением напряжения

В схеме выпрямления с удвоением напряжения (рис. 3.8) конденсатор С1 заряжается через диод V1 при отрицательной полуволне напряжения u2 до напряжения . При положительной полуволне напряжения u2 конденсатор С2 заряжается от напряжения последовательно включённых вторичной обмотки трансформатора и ранее заряженного конденсатора С1 до напряжения  . Схема может быть продолжена сколь угодно.



Рис. 3. 8. Схемы выпрямления с умножением напряжения
На рис. 3.8 показана в качестве примера схема выпрямления с учетверением напряжения. Одновременно с зарядом С1 , осуществляемым через V1, заряжается конденсатор С3 через С2 , который на предыдущем полу периоде зарядился до напряжения , диод V3, конденсатор С1 и вторичную обмотку трансформатора, и, следовательно, напряжение на С3 также равно . На следующем полупериоде напряжение вторичной обмотки трансформатора и конденсаторов С1  и С3 суммируются, так что при холостом ходе выходное напряжение равно , причём оно равномерно распределяется между С4  и С2.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   30


3.2 Однофазный однополупериодный выпрямитель
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации