1.8 Работа трансформаторов в выпрямительных устройствах.
В выпрямительных устройствах могут применяться одно и двухполупериодные схемы выпрямления (рис. 1.11). Это относится как к однофазным, так и к трехфазным цепям.
Рисунок 1.11 Использование трансформаторов в однополупериодном ( а) и в) ) и в двухполупериодном ( б) и г) ) выпрямителях .
При однополупериодном выпрямлении (рис. 1.11а) и в)) по вторичным обмоткам протекает одна полуволна тока. Такой ток можно представить в виде постоянной составляющей, текущей в направлении проводимости диода, и синусоидального тока. Постоянная составляющая создает поток вынужденного намагничивания, который приближает сталь элементов магнитопровода к состоянию насыщения. Чтобы этого не происходило, необходимо либо увеличить сечение магнитопровода (что приведет к увеличению расхода стали и меди), либо уменьшить передаваемую мощность. Поэтому однополупериодная схема находит применение только в маломощных устройствах с малым потреблением тока. Эффект вынужденного намагничивания в трехфазных трансформаторах ниже, чем в однофазных в связи с тем, что поток каждого стержня проходит по двум другим стержням противоположно основным потокам этих стержней.
При включении мостовых схем (двухполупериодное выпрямлие) эффекта вынужденного намагничивания нет в связи с тем, что вентили пропускают оба полупериода напряжения. Поэтому такие схемы выпрямления предпочтительны.
Вентили обладают нелинейными характеристиками. Это является одной из причин нелинейности тока нагрузки. На нелинейность влияют и другие причины: характер нагрузки и наличие сглаживающих конденсаторов и фильтров. Нелинейный ток можно представить в виде основной частоты и высших гармоник, соотношение между которыми зависит от нелинейности. Действующее значение тока равно сумме действующих значений основной частоты и гармоник. Из этого следует, что действующие значения токов первичной и вторичной обмоток отличаются от расчетных. Поэтому и мощность, подаваемая в первичную обмотку, может сильно отличаться от мощности, снимаемой со вторичной обмотки (расчетная мощность трансформатора).
Для оценки мощности трансформатора, работающего на выпрямительную схему, вводят понятие типовой мощности как среднее арифметическое мощностей обеих обмоток трансформатора SТ:
SТ =0,5(S1НОМ + S2НОМ) =0,5(I1НОМU1НОМ+ I2НОМ U2НОМ ). 1.37
Конечным целью работы схемы является мощность нагрузки
Рd НОМ = UdНОМ Id НОМ, 1.38
которая использует постоянный ток. Эта мощность лежит в основе выбора трансформатора для нагрузки постоянного тока. Для этого вводится коэффициент типовой мощности кТ.
кТ=
1.39
В выпрямительных схемах SТ> Рd НОМ, и потому кТ>1. Мощность трансформатора, а следовательно, размеры и масса, больше, чем мощность трансформатора с такой же выходной мощностью, но с синусоидальными токами в обмотках.
Для получения на нагрузке постоянного напряжения UdНОМ на вторичной обмотке трансформатора должно быть напряжение U2НОМ , связанное с UdНОМ соотношением:
U2НОМ = кU UdНОМ , 1.40
где кU называется коэффициентом напряжения. Коэффициенты кТ и кU определяются в соответствии со следующей таблицей.
Таблица 1
Схема выпрямления |
кU |
кТ |
Однофазная однополупериодная (рисунок 1.11 а)) |
2,.22 |
3,09 |
Однофазная двухполупериодная мостовая (рисунок 1.11 б)) |
1,11 |
1,23 |
Трехфазная однополупериодная (рисунок 1.11в)) |
0,855 |
1,345 |
Трехфазная двухполупериодная мостовая (рисунок 1.11г)) |
0,427 |
1,05 |