5. Учёт параметров вентилей и трансформатора.
Внешняя характеристика.
Расчётные показатели, приведённые в таблицах 1 и 2, характеризуют идеальные выпрямительные схемы, не содержащие сопротивлений, паразитных индуктивностей и т.д. В действительности вентили имеют сопротивление ra в прямом направлении, а обмотки трансформаторов, помимо омического сопротивления Rт, обладают также реактивным сопротивлением, создаваемым индуктивностью рассеяния Ls. Последняя обязана своим появлением наличию у трансформаторов магнитного потока рассеяния. В однофазных трансформаторах маломощных выпрямителей (Pd<1кВт) поток рассеяния пренебрежимо мал. Поэтому, принимая во внимание только омические сопротивления вентилей, обмоток трансформатора (Rт) и дросселя (rдр.), получаем следующую зависимость между напряжением Ud и током Id на выходных зажимах маломощного выпрямителя:
Ud(Id)=Ud-Id(ra+rдр.+Rт), (5.1)
Где Id(ra+rдр.+Rт)- падение напряжения на вентилях, на обмотках трансформатора и дросселя; Ud- выпрямленное напряжение при холостом ходе (Id=0). Зависимость Ud(Id) называется внешней характеристикой выпрямителя (рис. 8). Она определяет границы изменения тока Id, при котором выпрямленное напряжение не уменьшается ниже допустимой величины. Кривая 1 (рис.8), иллюстрирующая зависимость Ud(Id), относится к выпрямителю с активно-индуктивной нагрузкой. Поскольку исходными величинами для расчёта обычно является значение выпрямленного напряжения Udн и номинальный ток нагрузки Idн , то параметр Ud, необходимый для проектирования выпрямителей по данным таблиц 1 и 2, вычисляется по формуле:
Ud= Udн+Idн(ra+rдр.+Rт). (5.2)
При отсутствии сглаживающего дросселя изменение выпрямленного напряжения происходит за счёт падения напряжения на сопротивлениях вентиля ra и трансформатора Rт . Поэтому параметр Ud определится как
Ud= Udн+Idн(ra.+Rт). (5.3)
Кривая 2 (рис. 8) иллюстрирует уравнение (5.3) и относится к выпрямителю с чисто активной нагрузкой.
В схемах выпрямления средней и большой мощности преобладающим оказывается реактивное сопротивление Xs=m Ls , создаваемое индуктивностью рассеяния трансформатора, в то время как влияние активных сопротивлений на работу схем относительно мало. Влияние индуктивности рассеивания проявляется в затягивании роста и спадания токов вентилей, вследствие чего их коммутация – процесс перехода выпрямленного тока с одной из фаз на другую, оказывается не мгновенной, а продолжается некоторый промежуток времени (1). Он измеряется в угловых единицах и называется углом коммутации или перекрытия. Угол перекрытия тем больше, чем больше выпрямленный ток и индуктивность рассеяния.
Явление коммутации вызывает снижение выпрямленного напряжения из-за потерь на индуктивности рассеяния:
Us=
,
(5.3)
пропорциональных выпрямленному току Id. Индуктивное сопротивление Xs может быть рассчитано по формуле:
Xs=
,
(5.4)
где а=Ud/U2; b=I2/Id; Uk % - напряжение короткого замыкания трансформатора, равное (4..10)%.
Процесс коммутации оказывает влияние и на коэффициент пульсаций Кп реальных выпрямителей. Его величина возрастает в 1,5..2,0 раза по сравнению со значениями, приведёнными в таблице 1 для идеальных выпрямителей.
Уравнение внешней характеристики выпрямителей средней и большой мощности с учётом коммутации примет вид :
Ud(Id)=Ud-Id(ra+rдр.+Rт+
),
(5.6)
Откуда при заданных Udн и Idн параметр Ud определится как:
Ud=Udн-Idн (ra+rдр.+Rт+ ). (5.7)