Контрольні запитання

1. Де та навіщо застосовують перетворення числа фаз? Схема Скотта. Схема, принцип перетворення числа фаз. Одержання двофазної системи з трифазної з нульовим дротом.

2. Перетворювачі трифазної систему в шестифазну та 12-фазну. Навести схеми, векторні діаграми та пояснити принципи дії.

3. Де, для чого та які застосовуються електромагнітні перетворювачі частоти? Пояснити на прикладі схеми принцип дії подвоювача частоти.

4. Потроювачі частоти. Різновиди схем та принципи дії. Переваги й недоліки різних конструкцій.

5. Області застосування імпульсних трансформаторів. Причини спотворення сигналу на виході трансформатора. Пояснити структуру імпульсу за графіком.

6. Перемагнічування імпульсом струму в імпульсних трансформаторах. Особливості вмикання трансформаторів та їхньої роботи. Що таке магнітна в’язкість?

7. Що таке коефіцієнт перемикання та що він характеризує?

8. Перемагнічування імпульсом напруги в імпульсних трансформаторах. Де такий режим застосовується? Які його особливості в роботі? Схеми вмикання та заміщення. Які конструктивні особливості трансформатора в цьому режимі?

Розділ 3. Трансформатори для напівпровідникових перетворювачів

3.1 Трансформатори для випрямлячів

При використанні трансформаторів у випрямлячах в ланцюги їхніх вторинних обмоток вмикають електричні вентилі, які пропускають струм лише в одному напрямі. Характерною особливістю цих трансформаторів є неодночасне завантаження окремих фаз, пов’язане з почерговим відпиранням вентилів, увімкнених у відповідні фази. Ця обставина викликає не сприятливі наслідки, основні з яких – наявність у кривих первинного І₁ та вторинного І₂ струмів значних вищих гармонічних і додаткове підмагнічування осердь при деяких схемах випрямляння.

В цих трансформаторах розрізняють мережеву обмотку, яка вмикається до живлячої мережі, та вентильну обмотку, до якої вмикають вентилі перетворювача.

Виникнення вищих гармонік (спотворення форми кривих ) у струмах І₁, І₂ відбувається з таких причин.

1. Вентилі, які увімкнені в ланцюги окремих фаз вторинної обмотки, пропускають струм тільки на протязі частини періоду.

2. З боку постійного струму перетворювача звичайно вмикають згладжуючий дросель зі значною індуктивністю, внаслідок чого струми в обмотках трансформатора мають форму близьку до прямокутної.

У загальному випадку розрахункові потужності первинної та вторинної обмоток різні. Тому вводиться поняття типової потужності трансформатора вентильного перетворювача

(3.1)

та коефіцієнта типової потужності

, (3.2)

де

Р_dном – потужність, яка споживається на постійному струмі перетворювача (вихідна потужність)

;

І_dном, U_dном – номінальні значення струму й напруги з боку постійного струму.

Типова потужність вентильного трансформатора

S_Т > Р_dном .

Тому габаритні розміри й маса таких трансформаторів завжди більші, ніж у трансформаторів тієї ж номінальної потужності

а) б) в) г)

Рис. 3.1. Однофазна нульова (а) та мостова (б) схеми випрямляння і графіки зміни струмів у мережевій та вентильній обмотках трансформатора для цих схем (в, г)

,

але працюючих при синусоїдному струмі. Фізично це пояснюється тим, що нагрів обмоток трансформатора, крім основних гармонік струмів І₁, І₂, здійснюється ще й низкою вищих гармонік.

Кожній схемі вмикання вентилів та характеру навантаження (активне, активно-індуктивне), яке визначає форму спрямленого струму, відповідне певне значення типової потужності S_Т.

Як приклади, розглянемо визначення S_Т та k_Т для однофазних схем випрямляння рис.3.1 нульової та мостової за ідеальних умов роботи перетворювача: повністю згладжений спрямлений струм І_d, миттєвий перехід струму з одного вентиля на інший, відсутність індуктивних опорів х₁ та х₂ трансформатора та втрат енергії в ньому.

Повні потужності первинної та вторинної обмоток для схем рис.3.1, а, в:

;

,

де діючі значення напруг та струмів

; ; ;

;

k – коефіцієнт трансформації.

Таким чином

,

тобто k_Т = 1.34.

Для схеми рис.3.1, б, г:

;

;

Тоді

S_Т = 1.11P_dном ; К_Т = 1.11.

Тобто при мостовій схемі випрямляча трансформатор використовується краще, ніж у схемі з нульовим виводом.

Аналогічно можливо визначити коефіцієнти типової потужності трансформаторів для інших схем випрямляння.

При роботі перетворювача на чисто активне навантаження струми вентильної та мережевої обмоток мають кусково-синусоїдну форму (тобто є частинами синусоїди ), внаслідок чого при однаковому значенні струму І_d їхні діючі значення більші, ніж при ідеально спрямленому струмі. Тому типова потужність трансформатора також більша.

При застосуванні в перетворювачі керованих вентилів типова потужність трансформатора зростає, якщо регулювання напруги U_d здійснюється кутом регулювання вентилів. У цьому випадку

, (3.3)

де

К_ТО – коефіцієнт типової потужності при  = 0;

 - кут регулювання вентилів.

При нульових схемах випрямляння порушується рівновага МРС у фазах мережевої та вентильної обмоток, розташованих на спільному стержні трансформатора, внаслідок чого відбувається додаткове підмагнічування його магнітної системи. Ці схеми називають однотактними, оскільки при роботі перетворювача струм кожної фази вентильної обмотки проходить тільки в одному напрямі. Додаткове підмагнічування магнітопроводу трансформатора виникає також при використанні однопівперіодної схеми випрямляння.

На прикладі трифазної нульової схеми (рис.3.2) зазначаємо для ідеалізованих умов, що через три фази вентильної обмотки трансформатора кожної третини періоду почергово проходять струми і_2а, і_2в, і_2с прямокутної форми, миттєве значення яких дорівнює І_d. Первинною обмоткою трансформатора проходять струми і_1а, і_1в, і_1с прямокутної форми. Але розподіл цих струмів по окремих фазах нерівномірний. Тому в кожному стрижні трансформатора в будь-який момент часу діє не зкомпенсована МРС, яка дорівнює

а) б)

Рис. 3.2. Трифазна нульова схема випрямляння (а) та графіки зміни струмів у мережевій і вентильній обмотках (б)

.

Ця МРС створює додатковий магнітний потік Ф_d, який накладається на основний потік Ф.

Потік Ф_d називається потом вимушеного намагнічування. Він проходить через кожен стрижень трансформатора й замикається через повітря та кожух так, як і треті гармоніки основного потоку. Для того, щоб потік Ф_d не викликав неприпустимого насичення магнітної системи, збільшують загальний переріз стержнів, що призводить до збільшення маси, габаритних розмірів та вартості трансформатора. Тому нульові схеми випрямляння застосовують лише у випрямлячах порівняно не великої потужності. Звичайно у випрямлячах середньої та великої потужності використовують тільки такі схеми вмикання вентилів, які забезпечують нормальне намагнічування осердя трансформатора й рівновагу МРС на кожному стержні. До таких схем належать мостові. При нульових схемах випрямляння для усунення явища вимушеного підмагнічування обмотку з’єднують за схемою _н, тобто – зигзаг з нейтраллю. При такому з’єднанні (рис. 3.3, а) кожна фаза складається з двох однакових котушок, розміщених на різних стержнях та з’єднаних між собою зустрічно, щоб вектори індукованих ЕРС віднімались (рис. 3.3, б).

а) б)

Рис.3.3. Схема “зигзаг” (а) та її векторна діаграма (б)

Схема _н не економічна, оскільки при однаковій фазній напрузі U_ф вона потребує більшої витрати обмоткового проводу, ніж при схемах У та Д. Це пояснюється тим, що в схемі _н фазна напруга U_ф у разів більша від напруги U_к на кожній котушці, а при розміщенні двох котушок на одному стержні та їх послідовному з’єднанні U_ф=2U_к.

Отже, в з’єднанні _н у двох частинах вентильної обмотки з’являються постійні складові МРС, але вони в будь-який момент часу спрямовані зустрічно та взаємно компенсуються. Для забезпечення повнішої компенсації у випрямлячах значної потужності застосовують також симетричне розташування обмоток на стержнях та їх транспозицію, зокрема, при однофазній нульовій схемі випрямляння.

3.2 Трансформатори, які працюють в схемах з напівпровідниковими перетворювачами

В наш час широко застосовують напівпровідникові перетворювачі постійного струму в змінний та постійного в постійний, в яких одним з основних елементів є трансформатор. Прикладом такого перетворювача є інвертор на транзисторах, який живиться від акумуляторної батареї (рис.3.4).

Навантаження до інвертора приєднане через трансформатор. Подібні схеми часто застосовують для живлення бортової апаратури автоматики. В перетворювачах постійного струму в змінний

а) б)

Рис. 3.4. Мостова схема перетворювача (а) та діаграма напруг і струмів у трансформаторі (б)

вихідна частота звичайно становить 400, 500 або 1000 Гц. У перетворювачах постійного струму в постійний, в яких до виходу вторинної обмотки трансформатора вмикається випрямляч, для зменшення маси трансформатора застосовують високу частоту (20 – 50 кГц).

Трансформатори, які застосовуються в схемах напівпровідникових перетворювачів, мають дві головні визначні особливості: вони працюють при високій частоті та при не синусоїдних напругах і струмах.

3.2.1 Трансформатори в схемах з симетричним перемагнічуванням

В мостовому перетворювачі (рис.3.4, а) в деякий момент часу одночасно відкриваються два транзистора (наприклад, VТ₁ та VТ₄ ). До первинної обмотки трансформатора Тр подається напруга постійного струму U джерела живлення (“+” до затискача А, “-“ – до Х). Через півперіод транзистори VТ₁,VТ₄ закриваються, а VТ₂,VТ₃ відкриваються, внаслідок чого змінюється полярність напруги U на первинній обмотці трансформатора. Таким чином, в обмотках трансформатора діє змінна напруга прямокутної форми у вигляді симетричних прямокутних різнополярних імпульсів (рис.3.4, б). Якщо навантаження трансформатора має індуктивність, то струм і відстає за фазою від ЕРС. В момент запирання транзисторів, які раніше проводили струм, в обмотках трансформатора виникає ЕРС самоіндукції. Щоб її обмежити й усунути пробій транзисторів, зустрічно-паралельно до кожного з них вмикають зворотні діоди VD₁ – VD₄. Якщо, наприклад, були відкриті транзистори VТ₁, VТ₄ й струм і в первинній обмотці проходив від А до Х, то після запирання цих транзисторів струм починає проходити через діод VD₃, джерело живлення, діод VD₂ й обмотку трансформатора. При цьому він поступово зменшується до нуля (проміжок часу t₂ – t₃ на діаграмі рис.3.4, б), а потім змінює знак і проходить через транзистори VТ₃ й VТ₂. таким чином, наявність діодів VD₁ – VD₄ обмежує максимальну напругу на транзисторах до рівня напруги живлення.

При холостому ході, коли струм вторинної обмотки відсутній, для ланцюга первинної обмотки трансформатора можливо записати рівняння

. (3.4)

Якщо знехтувати невеликим спадом напруги і₁R₁, то

, (3.5)

де Ф_зл – залишковий магнітний потік.

В кінці півперіоду (t = 0.5Т) потік буде максимальним:

. (3.6)

В усталеному режимі в кінці кожного півперіоду значення потоку будуть однаковими за абсолютною величиною, тобто . Оскільки через півперіода напруга на обмотці трансформатора змінює свій знак, потік Ф_зл = - Ф_m. Тоді з (3.6):

. (3.7)

При холостому ході з (3.7):

. (3.8)

Тоді з формули (3.5) з урахуванням (3.8):

. (3.9)

На рис.3.5 наведено графік зміни потоку Ф у часі.

Рис. 3.5. Графіки зміни напруги первинної обмотки трансформатора, струму холостого ходу та магнітного потоку

Форма кривої струму холостого ходу і₀ визначається за кривою намагнічування осердя (рис.3.6).

Рис. 3.6. Побудова кривої струму холостого ходу

Амплітуда струму і₀ (рис.3.5) співпадає у часі з амплітудою магнітного потоку Ф, але у зв’язку з насиченням осердя крива струму і₀ відрізняється від синусоїдної. При вмиканні перетворювача до напруги виникає перехідний процес, при котрому в найбільш несприятливому випадку (Ф_зл = Ф_m) амплітуда магнітного потоку трансформатора в 2 – 2.5 рази перевищує Ф_m. Це призводить до збільшення амплітуди струму холостого ходу в 5 – 10 разів. Оскільки транзистори дуже чутливі до перевантажень, можливий їхній вихід з ладу.

Для зменшення кидків струму при вмиканні перетворювача його вмикають в такій послідовності: спочатку подаються відпираючі та запираючі імпульси керування на бази транзисторів при відсутності напруги живлення (рис.3.4, а), а потім вмикається контакт К. Оскільки стала часу фільтра L_фC_ф у кілька разів більша, ніж період роботи перетворювача, напруга на конденсаторі C_ф змінюється порівняно повільно. Тому перетворювач починає працювати при зниженій напрузі. Внаслідок цього амплітуда струму холостого ходу не перевищує усталеного значення.

При малому активному опорі реактора L_ф фільтра при вмиканні перетворювача напруга на конденсаторі C_ф у зв’язку з виникненням резонансних коливань може стати у 2 рази вищою від живлячої напруги U. Тому в перетворювачі застосовують транзистори з підвищеною напругою.

В перетворювачах великої потужності заряджання конденсатора виконують через активний опір, щоб напруга на C_ф не суттєво відрізнялась від U.

В цих трансформаторах напруги й струми не синусоїдні. Це не дозволяє при розгляді електромагнітних процесів в усталеному режимі користуватись комплексними рівняннями й векторними діаграмами, як для звичайних трансформаторів. Тому всі рівняння потрібно записувати для миттєвих значень.

З рівняння (3.4), враховуючи, що

,

одержимо для первинної обмотки трансформатора при холостому ході

. (3.10)

Рівняння (3.10) не враховує впливу потоків розсіювання, які в трансформаторах малої потужності нехтовно малі. Якщо ці потоки врахувати, то

, (3.11)

де L₁ – індуктивність первинної обмотки, яка обумовлена потоками розсіювання.

Якщо трансформатор завантажений, то для первинної обмотки

. (3.12)

Нехтуючи потоками розсіювання та спадом напруги на активному опорі, з (3.12) одержимо:

. (3.13)

Тому

; (3.14)

. (3.15)

З формули (3.15) випливає:

, (3.16)

тобто

. (3.17)

Нехтуючи струмом холостого ходу, одержимо:

,

тому це стосується й середніх та діючих величин.

ЕРС вторинної обмотки:

. (3.18)

Для цієї обмотки:

, (3.19)

де R_н, L_н – відповідно активний опір та індуктивність навантаження.

Введемо позначення:

. (3.20)

Тоді з формули (3.19) з урахуванням (3.20) одержимо:

. (3.21)

Таким чином, електромагнітні процеси в трансформаторі в усталеному режимі описуються системою рівнянь:

;

; (3.22)

.

Ці рівняння узгоджуються з аналогічною системою рівнянь для звичайних трансформаторів, але пов’язують між собою не комплексні, а миттєві значення. Отже, при розрахунках електромагнітних процесів у ланцюгах з цими трансформаторами можливо користуватись звичайними схемами заміщення.

Недоліком перетворювачів, виконаних за мостовою схемою, є можливість виникнення різної тривалості півперіодів при погрішностях системи керування. Це призводить до насичення магнітопровода трансформатора.

Припустимо, що обидві частини Т’ та Т’’ періоду Т не однакові, тобто Т’  Т’’. Оскільки магнітний потік лінійно залежить від часу прикладання живлячої напруги, з (3.6) випливає, що прирости потоку за різні півперіоди співвідносяться таким чином:

 .

В результаті в магнітопроводі трансформатора з’явиться постійна складова магнітного потоку, що призведе до збільшення амплітуди магнітної індукції, зростання магнітних втрат в осерді й збільшення намагнічуючого струму в перший півперіод. Усталений режим перемагнічування буде відповідати умові

, (3.23)

де i’₁ та і^”₁ – струми в першому й другому півперіоді відповідно.

Для зменшення шкідливого впливу нерівності півперіодів застосовують такі заходи:

1. Вводять в систему керування перетворювачем органи порівняння тривалостей півперіодів та їх коригування.

2. Вмикають послідовно з навантаженням конденсатор при високій частоті перетворювача.

3. Використовують напівмостові схеми.

Рис. 3.7. Напівмостова схема перетворювача

У напівмостових схемах (рис. 3.7) конденсатор фільтру виконують у вигляді двох частин С_ф1 та С_ф2, які одночасно є й подільниками напуги. При нерівності півперіодів Т’ та Т’’ тривалість розряду конденсаторів буде не однаковою й на них автоматично встановлюються напруги, при котрих

U’T’ = U’’T’’,

де U’, U’’ – напруги на першому та другому конденсаторах.

Отже, через конденсатори фільтра не може проходити постійна складова намагнічуючого струму, яка виникає при несиметричному намагнічуванні осердя.

3.2.2 Трансформатори в схемах з несиметричним намагнічуванням

В перетворювачах малої потужності для підвищення надійності та зменшення вартості застосовують простіші схеми з однополярним перемагнічуванням (рис.3.8).

а) б)

Рис. 3.8. Схема найпростішого інвертора з однополярним перемагнічуванням (а) та діаграма напруг на первинній обмотці трансформатора (б)

Рис. 3.9. Крива намагнічування осердя трансформатора з урахуванням петлі гістерезисну

В цих схемах електронний комутатор приєднує первинну обмотку трансформатора в одному півперіоді до джерела постійного струму, а в другому півперіоді вимикає її від живлячої напруги. При цьому на первинну обмотку подаються прямокутні імпульси напруги однієї полярності (рис.3.8, б).

Матеріал осердя трансформатора, призначеного для однополярного намагнічування, повинен мати малу залишкову індукцію В_r (рис.3.9), оскільки приріст магнітного потоку Ф не може перевищувати значення

, (3.24)

де

В_s – індукція насичення;

Q_c – площа поперечного перерізу осердя.

В трансформаторі з симетричним перемагнічуванням

,

тобто більше, ніж у 2 рази, перевищує приріст потоку при несиметричному перемагнічуванні. Отже, в даному випадку матеріал магнітопроводу трансформатора використовується гірше, ніж при симетричному перемагнічуванні, що призводить до зростання розмірів трансформатора. При значних потужностях використовують схеми з симетричним перемагнічуванням, оскільки маса їхніх трансформаторів за однакових умов роботи (потужність, частота і інше) суттєво менша, ніж при несиметричному перемагнічуванні.

а) б)

Рис. 3.10. Схема зняття наднапруги з комутатора за допомогою діода (а) та діаграма зміни струму й напруги на первинній обмотці (б)

При розмиканні напівпровідникового комутатора в первинній обмотці трансформатора індукується ЕРС самоіндукції, яка може пробити напівпровідникові прилади. Найпростіший спосіб зняття наднапруги – вмикання до первинної обмотки трансформатора діода VD₀ (рис.3.10,а). В увімкненому стані комутатора діод не впливає на проходження струму первинною обмоткою трансформатора, але після вимикання напівпровідникового комутатора індукована у первинній обмотці ЕРС самоіндукції створює струм, який проходить через діод. Внаслідок цього напруга на комутаторі ні за яких умов не може перевищувати живлячу напругу U, оскільки спад напруги на діоді, який проводить струм, дуже малий (приблизно 1,0 В).

Недолік даної схеми полягає в тому, що струм у первинній обмотці змінюється порівняно повільно за законом

де

І_зл – струм, який проходить через первинну обмотку в момент вимкнення комутатора;

- стала часу контуру первинна обмотка – діод;

L, R – результуюча індуктивність, яка враховує само- та взаємоіндуктивність обмоток та опір контуру відповідно.

Нормальна робота трансформатора (рис. 3.10, а) забезпечується тільки в тому разі, коли за час паузи (рис. 3.10, б) струм і₁ у первинній обмотці спаде до нуля, а індукція в осерді зміниться до початкового стану В_r. Ця умова виконується, якщо проміжок часу паузи

t  4.6 L/R .

Оскільки звичайно , умова нормальної роботи набуває вигляду

 ,

або наближено

 . (3.25)

Звичайно умова (3.25) виконується лише при малій частоті, або з трансформаторами дуже малої потужності, які мають відносно великий активний опір.

а) б) в)

Рис. 3.11. Схеми відновлення початкового стану осердя з додатковим опором в ланцюзі діода (а), зі стабілітроном (б) та діаграма зміни струму в стабілітроні (в)

Звичайно для обмеження тривалості струму, який замикається через первинну обмотку під час паузи, в ланцюг зворотного діода вмикається додатковий опір (рис. 3.11, а) або стабілізатор VD (рис. 3.11, б). У першому випадку зменшується стала часу

контуру первинна обмотка – діод, внаслідок чого струм зменшується швидше. Але це призводить до збільшення максимальної напруги на комутаторі

.

В цій схемі через діод тривалий час проходить не великий зворотний струм. Від цього недоліку вільна схема зі стабілітроном (рис. 3.11, б).

При вмиканні стабілітрона й проходженні струму через діод для контуру первинна обмотка – стабілітрон – діод можливо записати:

, (3.26)

де U_ст – спад напруги на стабілітроні.

Якщо знехтувати впливом малого активного опору R, то одержимо:

. (3.27)

Рішеннями рівняння (3.27) є:

. (3.28)

Сталу інтегрування С визначаємо з початкових умов: при t = 0 початковий струм дорівнює І_зл, тобто С = І_зл.

Тоді

. (3.29)

З формули (3.29) час спаду струму до нуля:

.

Максимальна напруга на комутаторі

.

З формули (3.29) випливає, що в схемі зі стабілітроном струм змінюється лінійно (рис. 3.11, в) й чітко фіксується його нульове значення.

Недоліком розглянутих схем є те, що накопичена в трансформаторі енергія розсіюється в первинній обмотці та інших елементах схеми, що зменшує ККД перетворювача.

а) б)

Рис. 3.12. Схеми відновлення з рекуперацією

При більших потужностях застосовують складніші схеми з віддачею накопиченої в трансформаторі енергії джерелу живлення (з рекуперацією). На рис. 3.12 наведена схема, в якій трансформатор має додаткову обмотку із вмиканням у ланцюг діода. Завдяки наявності діода струм через обмотку проходить тільки під дією ЕРС, яка індукується в ній під час вимкнення ланцюга первинної обмотки напівпровідниковим комутатором (транзистором). На рис. 3.12, б наведена схема з рекуперацією, у якій два транзистора та два діода. При вимиканні транзисторів струм проходить через обидва діоди та джерело живлення, тобто енергія повертається у це джерело. Як і в схемі зі стабілітроном, струм змінюється за лінійним законом, а час спадання струму до нуля дорівнює:

.

Недолік схем з рекуперацією полягає в їх складності. Наприклад, схема рис. 3.11, б має практично стільки ж елементів, як і напівмостова схема.

3.3. Подільники струму

В потужних електротехнічних пристроях з напівпровідниковими приладами досить часто доводиться перетворювати, керувати струмами, які перевищують номінальний струм найпотужнішого напівпровідникового приладу. В таких випадках з’являється необхідність паралельно вмикати напівпровідникові прилади (наприклад, у потужних випрямлячах на магістральному електротранспорті і т. і.). При цьому виникає проблема забезпечення й контролю рівномірного розподілу струму між паралельно увімкненими вентилями. Такі вентилі мають недостатню перевантажувальну здатність і в потужних високовольтних установках застосовуються в комбінованих послідовно-паралельних з’єднаннях з великою кількістю паралельних гілок.

Проблема забезпечення нормальної паралельної роботи вентилів у перетворювальних пристроях полягає у такому:

1. Забезпечення одночасного вступу в роботу всіх паралельно увімкнених вентилів.

2. Забезпечення рівномірного розподілу струмів між вентилями під час роботи.

Перша задача стосується керованих вентилів, а друга – вентилів усіх типів.

Нерівномірний струморозподіл між вентилями є наслідком не ідентичності вольт-амперних характеристик цих вентилів та проміжків часу вмикання та вимикання. Тому перша задача вирішується відповідними заходами при розробці силової схеми та керування керованими вентилями. Друга задача вирішується примусовим рівномірним струморозподілом за допомогою індуктивних подільників струму 15, 16.

а) б)

Рис. 3.13. Застосування індуктивного подільника струму

При паралельному вмиканні двох керованих вентилів (наприклад, тиристорів) без подільника струму (рис. 3.13, а) після вмикання одного з них напруга між анодом та катодом іншого перестає зростати й навіть зменшується. Тому інший вентиль не може увімкнутись. В цьому разі в осерді подільника (рис. 3.13, б) наводиться магнітний потік, швидкість зростання якого становить , де - нахил кривої намагнічування осердя подільника, а - швидкість зростання струму в ланцюзі вентилів при комутації. Потоком Ф в обмотці подільника наводиться ЕРС, яка дорівнює

.

На аноді другого вентиля напруга підвищується на е_р, що сприяє його вмиканню. У подальшому подільник перешкоджає нерівномірному струморозподілу в ланцюгах двох вентилів, оскільки в обмотках подільника магнітним потоком наводиться ЕРС, яка перешкоджає збільшенню нерівності струмів.

Для зменшення індуктивного опору розсіювання подільника при рівномірному розподілі струмів між вентилями його обмотки розміщуються на обох осердях з перехресним послідовним з’єднанням котушок за рис. 3.14, а або паралельним за рис. 3.14, б.

а) б)

Рис. 3.14. Паралельне (а) та послідовне (б) з’єднання котушок індуктивного подільника струму

Для розподілу струмів між більшою кількістю вентилів застосовуються схеми рис. 3.15.

трансформатори

захисту

Рис. 3.15. Схема випрямного блоку

Методика проектування подільників струму наведена 29.

Контрольні запитання

1. Які особливості роботи трансформаторів у схемах випрямляння? Чому спотворюються форми кривих струмів? Що таке типова потужність та коефіцієнт типової потужності?

2. В яких схемах випрямляння (мостових чи нульових) трансформатор використовується краще? Що є критерієм цього? Як залежить типова потужність від роду навантаження (активне, активно-індуктивне), від способу регулювання вторинної напруги?

3. Які особливості роботи трансформатора в нульових схемах випрямляння? Що таке потік вимушеного намагнічування та чому він виникає? Як запобігають виникненню цього потоку? Що таке з’єднання обмоток зигзагом? Для чого воно застосовується?

4. Які особливості роботи трансформаторів у перетворювачах постійного струму в змінний та постійного в постійний?

5. Поясніть роботу схеми транзисторного мостового інвертора з трансформатором на виході.

6. Як змінюється магнітний потік в осерді трансформатора для мостової схеми інвертора? Наведіть графіки, як змінюється струм відносно потоку?

7. Як необхідно вмикати трансформатор з перетворювачем, зважаючи на перехідний процес у трансформаторі при вмиканні? Які особливості роботи фільтра та фільтрового конденсатора?

8. Чи можна при аналізі процесів у трансформаторах для напівпровідникових перетворювачів користуватись комплексними рівняннями й векторними діаграмами? Як такий аналіз виконується?

9. Що відбувається в трансформаторі при мостовій схемі інвертора при погрішностях системи керування, коли півперіоди стають різної тривалості? Які заходи вживаються для попередження таких режимів роботи трансформатора?

10. Поясніть роботу трансформатора в схемах перетворювачів з однополярним перемагнічуванням. Де краще використовується матеріал осердя трансформатора – в схемах з однополярним чи симетричним перемагнічуванням? Чому?

11. Як ліквідуються наднапруги на напівпровідникових приладах при однополярному перемагнічуванні?

12. Як підвищується ККД схем з однополярним перемагнічуванням? Схеми з рекуперацією.

13. Навіщо застосовують у напівпровідникових перетворювачах групову роботу вентилів? Як це впливає на роботу вентилів?

14. Як забезпечують рівномірний розподіл струмів між паралельно увімкненими групами вентилів? Що таке індуктивні подільники струму та як вони працюють?