1. Выпрямители

   1. Однофазный однонаправленный однополупериодный

Временные диаграммы

Рис.1

Работа

1.Интервал времени 0<t<T/2

Положительная полуволна входного напряжения U1(t) трансформируется (передается) на вторичную обмотку W2 точно такой же формы и значения учитывая что соотношение

K_тр=

где К_тр - коэффициент трансформации при .

Таким образом на зажимах 22’ положительную полуволну входного напряжения может представить как источник включенный как показано на рис.2

К аноду приложен +,

к катоду -.

Рис.2

Полупроводник смещен в прямом направлении и при подаче на управляющий электрод напряжение U_упр, он откроется и через него будет протекать электрический ток,от + источника к его -. Проходя по нагрузке ток i2 cоздает падение напряжения.

Мощность выделяемая в нагрузку

2. Интервал времени T/2<t<T

О трицательная полуволна входного напряжения U1 трансформируется на вторичную обмотку и представляет собой источник включенный как показано на рис.3

- приложен к аноду, + к катоду.

Рис.3

Полупроводник смещен в обратном направлении и не способен проводить электрический ток.

Таким образом

1.2 Однофазный однонаправленный двуполупериодный выпрямитель (схем выпрямления с нулевой точкой)

Временные диаграммы

Р абота

1. Интервал времени 0<t<T/2

Положительная полуволна входного напряжения U1 трансформируется на две обмотки и представляет собой источник, включенный как показано на Рис.4

Рис.4

VS1 смещен в прямом направлении, а VS2-в обратном направлении и не способен пропустить положительную полуволну.

К огда к управляющему электроду будет приложено напряжение U_упр , он откроется и пропустит положительную полуволну. Ток через нагрузку будет проходить как указано на схеме- от точки 3 к точке 0.

2. Интервал времени T/2<t<T

Отрицательная полуволна напряжения U1 трансформируется на вторичные полуобмотки и представляет собой источники, включенные как показано на Рис.5 Рис.5

VS1 смещен в обратном направлении и не способен проводить электрический ток. VS2 смещен в прямом направлении и при подаче U_упр он откроется и ток I^’₂ будет иметь путь от точки 0 к точке 3.

В нагрузку выделится положительная полуволна. Ток через нагрузку проходит в том же самом направлении, поэтому в названии схемы стоит однонаправленный, но направление нагрузки имеет две полуволны (двухпульсный).

Методика анализа.

1. Устанавливается связь между средним значением выпрямленного напряжения неуправляемого выпрямителя U_d0 с действующим значением напряжения вторичной обмотки трансформатора из соответствующей временной диаграммы на рис. 2.3.2.

откуда

2. Вычисляется среднее значение анодного тока вентиля I_а

3. Вычисляется действующее значение анодного тока вентиля I_ад

Коэффициент формы анодного тока вентиля

4. Вычисляется максимальное значение анодного тока вентиля

I_a.max = I_d . (2.3.6)

Коэффициент амплитуды анодного тока

К_а = I_a.max/I_a = 2. (2.3.7)

5. Вычисляется максимальная величина обратного напряжения на вентиле по отношению к U_d0

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

с полным управлением (транзисторы, запираемые тиристоры)

7. Вычисляется действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора

8. Вычисляется действующее значение тока в первичной обмотке трансформатора

определяется коэффициент преобразования выпрямителя по току

9. Вычисляется полная мощность вторичных обмоток трансформа­тора

где Pd₀ - активная мощность на выходе неуправляемого выпрямителя.

10. Вычисляется полная мощность первичных обмоток трансфор­матора

11. Вычисляется типовая установленная мощность трансформатора (имеющего разные полные мощности обмоток), определяемая в этом случае как

12. Оцениваются требуемая величина сглаживающего реактора L_d в звене постоянного тока и его условная установленная мощность.

Здесь приходится отступить от принятого на этом уровне анализа допущения об идеальности сглаживания выпрямленного тока, (L_d = ∞) для возможности оценки затрат на реактор. С инженерной точностью можно считать выпрямленный ток практически постоянным при наличии гармоник в токе (пульсаций тока) на уровне нескольких процентов от среднего значения тока.

При задании коэффициента гармоник выпрямленного тока К_гт для расчета необходимой индуктивности реактора используем метод АДУ2. Полагаем, что вся пульсация выпрямленного напряжения прикладывается к фильтру (реактору), тогда дифференциальное уравнение для высокочастотной составляющей тока получает вид

После его алгебраизации Id.вг =

где интегральный коэффициент гармоник напряжения в звене постоянного тока

Коэффициент гармоник выпрямленного тока с учетом (2.3.17)

Обратно, необходимая индуктивность реактора

Тогда максимальное значение энергии сглаживающего реактора равно

Для обеспечения возможности сопоставления затрат на сглаживающий реактор, работающий в цепи постоянного тока, с затратами на фильтровый реактор, работающий в цепи переменного тока (как и трансформатор), введем условную установленную мощность реактора. Под ней будем понимать реактивную мощность этого реактора, равную полной мощности (активной мощности в идеальном реакторе нет), которую бы он имел с данным током и индуктивностью в цепи переменного тока. Из электротехники известно, что реактивную мощность реактора можно выразить как произведение угловой частоты ω и максимального значения энергии реактора, что приводит с учетом (3.21) к такому результату:

Для выпрямителя с qm₂ = 2, K_г = 0,24.

Конечно, условия работы магнитопровода сглаживающего реактора более легкие, чем у магнитопровода фильтрового реактора, так как переменная составляющая магнитного потока у них, обусловленная только пульсациями выпрямленного тока, составляет всего несколько процентов от постоянной составляющей потока. Именно поэтому определенная приведенным выше способом установленная мощность сглаживающего реактора названа условной и используется только при сравнении различных схем выпрямления по условным затратам на сглаживающие реакторы.

При задании коэффициента пульсаций выпрямленного тока К_пт нетрудно показать, что условная установленная мощность реактора

т. е. определяется отношением коэффициентов пульсаций выпрямленного напряжения К_п и выпрямленного тока К_пт. Здесь К_п = 0,67.

13. Вычисляется входной коэффициент мощности выпрямителя

что дает для К_гт = 0,48.

14. Вычисляется коэффициент преобразования выпрямителя по на­пряжению (по гладким составляющим)

15. Вычисляется коэффициент преобразования выпрямителя по то­ку (по гладким составляющим)

Иногда определяют коэффициент преобразования выпрямителя по току как

По вычисленным значениям I_а (I_а._max), U_b._max по справочнику выби­рается тип вентиля. По вычисленным значениям U₂, I₂, I₁, S_т по спра­вочнику выбирается готовый трансформатор, а при его отсутствии - по этим данным выдается задание на проектирование трансформатора. По значению индуктивности сглаживающего реактора и по току в нем подбирается готовый реактор или проектируется новый.

По результатам второго этапа анализа выпрямителя можно сделать следующие выводы.

• Выпрямитель характеризуется плохим использованием транс­форматора, так как S^*_т > 1 на 34 %. Это обусловлено плохими форма­ми токов в обмотках трансформатора, особенно во вторичных из-за однополупериодности выпрямления.

• Выпрямитель характеризуется плохим использованием вентилей по обратному напряжению, которое в тг раз больше требуемого вы­прямленного.

• Выпрямитель характеризуется плохим качеством выпрямленного напряжения (пульсации сравнимы с постоянной составляющей выпрямленного напряжения).

• Низкий входной коэффициент мощности выпрямителя. Обычно выпрямители однофазного тока при U₁ = 220 В применяют

до мощностей P_d0 ≈ 3…5 кВт и при выпрямленном напряжении примерно до 300 В для данной схемы при условии доступности вентилей с рабочим напряжением не выше 15 класса.