4 курс (заочка) / Лекции / Лекция 4

Рис. 4.14. Кривые тока в фазе вторичной обмотки трансфоматора и в вентиле.

а – для двух- (i2), трех- (i3) и шестифазной (i6) схемы при работе на индуктивную нагрузку; б – при работе на индуктивную (iL) и емкостную (iC)

нагрузки.

Габаритная (расчетная) мощность вторичной цепи трансформатора

так как в однотактных схемах т2=т.

Напряжение первичной обмотки трансформатора равно напряжению вторичной обмотки, умноженному на коэффициент трансформации n при одинаковых схемах соединения обмоток (звезда—звезда), т. е.

а при различных схемах соединения обмоток (многоугольник—звезда) появится еще дополнительный множитель 2 sin ( /m). Ток в фазе первичной обмотки равен току фазы вторичной обмотки, деленному на коэффициент трансформации и множитель, характеризующий схемы соединения первичных и вторичных обмоток.

При одинаковых числах фаз первичной и вторичной обмоток (m1=m2) в кривой тока фазы первичной обмотки нет постоянной составляющей, т. е.

а при различном числе фаз (m2.>m1) в кривой тока первичной обмотки будет несколько импульсов тока, т. е.

Габаритная мощность первичной цепи трансформатора при т2=m1 равна:

Габаритная мощность цепи первичных обмоток меньше, чем цепи вторичных,

так как в первом случае (m2 =m1) кривая тока первичной обмотки не содержит постоянной составляющей, а во втором случае (m2>m1) повышается использование первичных обмоток.

Габаритная мощность трансформатора определяется из выражения

4.7. Работа выпрямителя на смешанную нагрузку

На идеально емкостную нагрузку выпрямитель работает относительно редко, а

на идеально индуктивную — почти никогда. Наиболее широко используется совместное включение индуктивных и емкостных элементов на выходе выпрямителя по определенной схеме.

При включении реактивных элементов (L и С) по Г-образной схеме (рис. 4.15,а),

необходимо, чтобы индуктивное сопротивление дросселя для низшей частоты пульсации (m ) было много большим, чем емкостное сопротивление конденсатора,

т. е. mL >>1/m C. В этом случае напряжение на конденсаторе практически постоянно и конденсатор не оказывает никакого влияния на режим работы выпрямителя. Режим работы выпрямителя в этом случае определяется

индуктивностью дросселя и подобен работе выпрямителя на нагрузку индуктивного характера. Если индуктивное сопротивление дросселя будет меньше емкостного сопротивления конденсатора (m L<1/m C) для низшей частоты пульсации, то работа выпрямителя будет подобна работе на емкостную нагрузку, но амплитуда переменной составляющей в кривой выпрямленного напряжения окажется большей, чем при работе схемы на чисто емкостную нагрузку с неизменными параметрами. В дросселе с малой индуктивностью будет индуктироваться э. д. с.

самоиндукции

направленная встречно изменениям тока в дросселе. Эта э. д. с. понизит конечное напряжение разряда конденсатора (рис. 4.16.) и увеличит напряжение, до которого зарядится конденсатор.

Рис 4.15. Схемы включения индуктивностей и емкостей на выходе выпрямителя. а - Г-образная; б - П-образная.

Если на выходе выпрямителя конденсатор и индуктивность включены по П-образной схеме (рис. 4.15,б), то работа выпрямителя будет подобна работе на емкость, так как емкостное сопротивление входного конденсатора фильтра для низшей частоты пульсации (1/m C) много меньше сопротивления всех элементов,

включенных после него, т. е. Переменная составляющая тока замкнется в основном через конденсатор C1.

Таким образом, работа выпрямителя на смешанную нагрузку эквивалентна

работе на индуктивность или на емкость в зависимости от схемы их соединения и соотношения сопротивлений для низшей частоты переменной составляющей выпрямленного напряжения.

Рис. 4.16Кривые напряжения на выходе выпрямителя.

1 - при емкостной нагрузке; 2 - э. д. с. самоиндукции дросселя; 3 - выходное напряжение.

4.8. Влияние сопротивления вентиля, активного и индуктивного

сопротивлений обмоток трансформатора на работу выпрямителя

Сопротивление вентиля в прямом направлении (rпр) и активное сопротивление обмоток трансформатора (rтр=r2+ r'1) определяют внутреннее сопротивление выпрямителя (rв = rпр + rтр), падение напряжения на котором i0rв понижает напряжение на выходе. С увеличением тока нагрузки падение напряжения на внутреннем сопротивлении выпрямителя увеличивается и напряжение на выходе понимается при любом характере нагрузки.

При емкостном характере нагрузки внутреннее сопротивление выпрямителя вызывает понижение напряжения в течение части периода, соответствующей открытому состоянию вентиля. С увеличением внутреннего сопротивления выпрямителя понижается выходное напряжение и увеличивается угол отсечки ( ).

При неизменных параметрах цепи нагрузки (rн и С) увеличение внутреннего сопротивления выпрямителя уменьшает пульсацию напряжения.

При работе выпрямителя на нагрузку индуктивного характера внутреннее сопротивление выпрямителя понижает выпрямленное напряжение и в многофазных выпрямителях (при m>2) приводит к перекрытию фаз (рис. 4.17.). Положительные значения э. д. с. и напряжения в фазах вторичных обмоток перекрывают друг друга в интервале

и в течение некоторой части периода, соответствующей углу перекрытия фаз ,

две фазы (а и b) вторичных обмоток трансформатора работают одновременно. В

фазе а, заканчивающей работу, ток iа уменьшается за время перекрытия фаз от значения Io до 0, а в фазе b, вступающей в работу,—увеличивается от 0 до Iо. причен сумма токов двух фаз равна току нагрузки (iа+iв=Io), который при бесконечно большой индуктивности на выходе выпрямителя неизменен.

При выбранном начале отсчета времени на рис. 4.17. э. д. с. в фазах а и b

определяется следующими выражениями:

Так как вентили в фазах a и b открыты, то напряжение на выходе выпрямителя в течение части периода, соответствующей углу перекрытия , равно:

откуда

Рис. 4.17. Временные диаграммы выпрямленного напряжения и токов в фазах вторичных обмоток многофазного выпрямителя при учете внутреннего сопротивления.

Угол перекрытия фаз гложет быть определен из условия:

при

э. д. с. фазы а, заканчивающей работу (или фазы в, вступающей в работу), равна напряжению на фазе в (или на фазе а), т. е,

откуда

Выпрямленное напряжение при наличии перекрытия фаз определяется следующим выражением:

При небольших углах перекрытия

и напряжение на выходе выпрямителя при нагрузке составит:

При работе многофазного выпрямителя на активную нагрузку также возникает перекрытие фаз, изменяющее форму кривой выпрямленного напряжения.

Индуктивные сопротивления обмоток трансформатора

обусловленные потоками рассеяния, также оказывают влияние на работу выпрямителя при любом характере его нагрузки.

При работе выпрямителя на емкостную нагрузку в случае отсутствия индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора (LS=0) работа вентилей происходит с отсечкой (рис. 4.18.) и ток в фазе вторичной обмотки трансформатора

(кривая i2 при Ls = 0 имеет форму синусоидального импульса длительностью 2 .

При наличии индуктивности рассеяния, ток в фазе вторичной обмотки трансформатора, так же как и в случае Ls=0 начинается в момент равенства э. д. с.

вторичной обмотки и выпрямленного напряжения (u2=U0), т. е.

но его увеличение замедляется вследствие - э. д с. самоиндукции

препятствующей изменениям тока, В момент

ток i2 не уменьшается до 0, так как при его уменьшении возникает э. д. с.

самоиндукции, направленная согласно э. д. с. вторичной обмотки ив, в результате чего длительность работы фазы увеличивается и составляет 2 + . Индуктивность рассеяния изменяет также форму импульса тока и уменьшает его амплитуду.

Изменение тока через вентиль во времени определится из следующего

уравнения:

(4.1.)

решение которого имеет следующий вид:

где

Рис. 4.18. Временные диаграммы выпрямленного напряжения и тока вторичной обмотки трансформатора при L=0 и L 0

При малых yглах ( <=15°) индуктивности рассеяния обмоток трансформатора в малой степени влияют на параметры выпрямителя и этим влиянием можно пренебрегать. Влияние индуктивностей рассеяния проявляется в выпрямителях высоких напряжений тем сильнее, чем больше их мощность, а в выпрямителях с вентилями, имеющими малое сопротивление в прямом направлении (германиевые и кремниевые), при повышенных частотах (400 гц и более).

При работе реального выпрямителя, обладающего внутренним сопротивлением rв и индуктивностью рассеяния обмоток трансформатора, на нагрузку индуктивного

За время перекрытия в каждой фазе действуют э. д. с. вторичной обмотки трансформатора и э. д. с. рассеяния eS которая в фазе а, прекращающей работу,

направлена согласно с током, а в фазе Ь, вступающей в работу—встречно току.

Напряжение на выходе выпрямителя при перекрытии фаз равно алгебраической сумме э. д. с. фазы вторичной обмотки и э. д. с. рассеяния, т. е.

При бесконечно большой индуктивности дросселя на выходе выпрямителя L→

ток в нагрузке неизменен во времени (Io = const) и при одновременной работе фаз сумма токов их постоянна ia + ib = Io = const, т. е. уменьшение тока ia за некоторое время вызывает равное увеличение тока ib. Следовательно,

и уравнение (4.3.) примет следующий вид:

откуда

Таким образом если до начала коммутации был открыт вентиль 1 (рис. 4.9.) и

напряжение uo определялось э. д. с. фазы а (рис.4.20,а), то по окончании процесса коммутации ( t = ) открыт только вентиль 2 и напряжение на выходе равно э. д. с.

фазы Ь. За время перекрытия фаз напряжение uo равно полусумме мгновенных значений э. д. с. коммутируемых фаз. При выбранном начале отсчета времени

и выпрямленное напряжение при перекрытии фаз будет равно:

(5-6)