4 курс (заочка) / Лекции / Лекция 4

Рис. 4.20. Кривые выпрямленного напряжения (а) и тока (б) в фазах вторичных обмоток трансформатора с учетом влияния индуктивных сопротивлений этих обмоток.

Из выражения (4.4) получим:

(4.7.)

так как разность мгновенных значений э. д. с. двух фаз равна линейной э. д, с., где Uтл — амплитуда линейной э. д. с.. равная

(4.8)

Решение уравнения (4.7.) будет иметь вид:

(4.9.)

Постоянная интегрирования C определится из условна: при t=0 iь=0.

Следовательно,

(4.10.)

Это уравнение справедливо для ib<=Io, так как при ib=Io вся нагрузка переходит на фазу Ь, а в фазе а ток становится равным нулю. Кривые токов в фазах а и Ь

показаны на рис. 4.20,b.

При t= , ib=Io выражение (4.10.) перепишется так:

(4.11.)

откуда

(4.12.)

Таким образом, угол перекрытия будет тем больше, чем больше ток нагрузки, индуктивные сопротивления обмоток трансформатора и число фаз выпрямителя. Перекрытие фаз вызывает понижение выпрямленного напряжения,

увеличиваем его пульсацию и время работы каждой фазы. Это время оказывается пропорциональным углу 2 /m+ , а не углу 2 /m, имеющемуся в выпрямителе без потерь. Увеличение длительности работы фазы приводит к некоторому уменьшению действующего значения тока в вентиле и в обмотках трансформатора,

снижая их нагрев.

Понижение выпрямленного напряжения за счет перекрытия фаз происходит на величину (рис. 4.20,a), равную

Из (4.12.) и (4.13.) получим:

(4.14.)

и напряжение при нагрузке

(4.15.)

где Uox—выпрямленное напряжение при холостом ходе. С учетом внутренних активных и индуктивных сопротивлений выпрямленное напряжение при нагрузке составит:

(4.16.)

4.9. Однополупериодная схема выпрямления

Простейшей схемой выпрямления является однополупериодная, которая изображена на рис. 4.21. при различных видах нагрузки: активной,

активно-емкостной и активно-индуктивной. В зависимости от вида нагрузки соотношения между всеми параметрами схемы выпрямления, так же как и в любой иной схеме, различны.

При идеально активной нагрузке вентиль открыт в течение половины периода,

когда на его аноде будет положительный потенциал. Поэтому выпрямленное напряжение в течение этой половины периода будет численно равно э. д. с.

вторичной обмотки трансформатора (рис. 4.22,а).

В течение другой половины периода вентиль закрыт и напряжение на выходе выпрямителя равно нулю.

Среднее значение выпрямленного напряжения равно:

где U2—действующее значение э. д. с. вторичной обмотки трансформатора.

Так как обычно задано выпрямленное напряжение на нагрузке Uo, то требуется определить напряжение вторичной обмотки

Рис. 4.21. Однополупериодная схема выпрямления при работе на активную (а),

активноёмкостную (б) и активно-индуктивную (в) нагрузки.

Рис. 4.22. Диаграммы выпрямленного напряжения и токов в фазе вторичной

совпадает с кривой uo в

измененном масштабе (рис. 4.22,а). Среднее значение тока через вентиль

амплитуда тока вентиля

Действующее значение тока вентиля и вторичной обмотки трансформатора

Габаритная мощность, на которую должна быть рассчитана вторичная обмотка трансформатора:

Напряжение первичной обмотки равно произведению напряжения вторичной обмотки на коэффициент трансформации, т. е. U1=nU2.

В кривой тока первичной обмотки трансформатора постоянной составляющей нет, и, следовательно, действующее значение тока I1 не равно приведенному значению тока вторичной обмотки, так как кривая тока i2 помимо переменной составляющей содержит и постоянную. Поэтому, пренебрегая током холостого хода, действующее значение тока первичной обмотки трансформатора определим следующим выражением:

Габаритная мощность первичной обмотки

Габаритная или расчетная мощность, равная произведению синусоидального

напряжения и несинусоидального тока, определяет размеры и вес обмоток, так как напряжение определяет число витков, а ток—сечение провода.

Габаритная мощность .вторичной обмотки больше, чем первичной (P2>P1), так как в кривой тока вторичной обмотки содержится постоянная составляющая,

которой в кривой тока первичной обмотки нет. Поэтому сечение провода вторичной обмотки и вес обмоточных проводов вторичной обмотки больше, чем первичной.

В трансформаторе, преобразующем напряжение переменного тока без

.выпрямителя, габаритные мощности первичной и вторичной обмоток одинаковы и равны габаритной мощности трансформатора, т. е. P1=P2=Pт. В нашем случае габаритные мощности обмоток различны и габаритная мощность трансформатора равна полусумме мощностей обмоток, т. е.

Эта мощность трансформатора определяет сечение сердечника и его общие размеры. Таким образом, еще одним недостатком однополупериодной схемы выпрямления является большая расчетная мощность трансформатора. т. е. плохое его использование.

К недостаткам однополупериодной схемы выпрямления следует также отнести вынужденное дополнительное намагничивание материала сердечника, вызванное постоянной составляющей тока вторичной обмотки. Это постоянное намагничивание усиливает насыщение стали сердечника и вызывает увеличение намагничивающего тока трансформатора.

При работе однополупериодной схемы на активноёмкостную нагрузку (рис. 4.21, б) кривая выпрямленного напряжения uо состоит из двух участков—отрезка синусоиды э. д. с. вторичной обмотки при открытом вентиле и отрезка экспоненты разряда конденсатора при закрытом вентиле (рис. 4.22, б). Ток нагрузки io=uo/rн

изобразится кривой, подобной кривой uо в измененном масштабе.

Ток в вентиле, равный току вторичной обмотки трансформатора (ia = i2), имеет форму синусоидального импульса длительностью 2 , много меньшей половины

периода.

Все параметры схемы выпрямления определяются как функции угла отсечки ,

и практически могут иметь следующие значения:

При работе однополупериодной схемы выпрямления на активно-индуктивную нагрузку (рис. 4.21,в) индуктивность дросселя L окажется включенной последовательно в цепь нагрузки, вторичной обмотки трансформатора и вентиля.

Поэтому эта индуктивность оказывает такое же влияние, как индуктивность рассеяния обмоток трансформатора. Под влиянием этой индуктивности ток в цепи i2=ia=io изменяется медленнее, чем напряжение (рис. 4.22,в), амплитуда его меньше,

чем при идеально активной нагрузке, и время работы вентиля увеличивается и становится больше половины периода ( + ). В течение некоторой части периода;

соответствующей отрицательной полуволне э. д. с. вторичной обмотки трансформатора, вентиль остается открытым и в цепи протекает ток, так как э. д. с.

самоиндукции еS больше по абсолютной величине, чем э. д. с. вторичной обмотки u2.

Напряжение на нагрузке (uн=iorн) изобразится кривой, подобной кривой тока.

Среднее значение выпрямленного напряжения будет меньше, чем при идеально активной нагрузке, вследствие появления участка кривой u2 с отрицательным значением в течение части периода . Несмотря на включение дросселя, пульсация напряжения на нагрузке уменьшается незначительно. Таким образом, влияние индуктивности в цепи нагрузки однополупериодной схемы выпрямления подобно влиянию индуктивности рассеяния обмоток трансформатора .в многофазных схемах. Поэтому однополупериодная схема на нагрузку индуктивного характера на практике никогда не работает.

4.10. Двухполупериодная схема выпрямления

Достоинствами двухполупериодной схемы выпрямления с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора (рис. 4.23.) являются наличие только двух вентилей и соединение их катодов в общую точку. что при использовании вентилей с накальными катодами дает возможность применить только один трансформатор накала. Недостатками этой схемы являются большое обратное напряжение, приложенное к вентилю и затрудняющее его выбор, большое напряжение между конечными зажимами вторичной обмотки трансформатора,

вывод средней ее точки, плохое использование трансформатора.

К недостаткам схемы также относится большая пульсация напряжения при низкой ее частоте.

Работа выпрямителя протекает следующим образом:

при включении первичной обмотки трансформатора в сеть переменного тока во вторичной обмотке индуктируется э. д. с. u2. Ecли эта э. д. с. направлена снизу вверх (от точки в к точке а), то на аноде вентиля 1 будет положительный потенциал,

отпирающий этот вентиль, и ток замкнется по цепи: точка о вторичной обмотки трансформатора, точка а, вентиль 1, сопротивление нагрузки rн, точка о. Вторую половину периода э. д. с. вторичной обмотки u2 изменит направление, и на аноде второго вентиля окажется положительный потенциал, так что ток замкнется по цепи: точки о - в - вентиль 2, точка о. Таким образом, в сопротивлении нагрузки ток

не изменяет направления и напряжение на выходе выпрямителя неизменно по знаку (рис. 4.24, а).

Среднее значение выпрямленного напряжения при работе на активную нагрузку

Рис. 4.23. Двухполупериодная схема выпрямления.

Рис. 4.24. Диаграммы выпрямленного напряжения uo и тока вентиля ia для двухполупериодной схемы выпрямления при активной (а), активно-емкостной

(6) и активно-индуктивной (в) нагрузках.

Вторичная обмотка трансформатора двухфазная (а и в), и в любую половину