4 курс (заочка) / Лекции / Лекция 4

При работе двухполупериодной схемы на нагрузку емкостного характера выпрямленное напряжение uo и ток вентиля ia, изменяются во времени в соответствии с кривыми на рис. 4.24,б. Соотношения между всеми параметрами схемы выпрямления -устанавливаются как функции угла отсечки в или расчетного коэффициента А = tg - = /m rв/rн. Обычно между параметрами схемы выпрямления имеют место следующие соотношения:

При работе двухполупериодной схемы на нагрузку индуктивного характера ток в нагрузке будет близок к постоянному (Io=const), если индуктивность дросселя на выходе выпрямителя достаточно велика (L→). Таким образом, переменная составляющая выпрямленного напряжения приложена к обмотке дросселя, а

постоянная составляющая — к нагрузке. Эффект .сглаживания пульсации напряжения и тока дросселем будет сказываться тем сильнее, чем больше индуктивное сопротивление дросселя для основной гармоники т L по сравнению с сопротивлением нагрузки. Кривые выпрямленного напряжения uо и тока вентиля iа (фазы вторичной обмотки) изображены на рис. 4.24, в.

Среднее значение выпрямленного напряжения имеет значение

откуда

Пульсация на выходе выпрямителя (на входе фильтра) составляет:

Среднее значение тока вентиля и фазы вторичной обмотки равно Iср=0,5Io, а его действующее значение будет Iа=

при этом габаритная мощность вторичной обмотки определяется соотношением

Напряжение первичной обмотки трансформатора, действующее значение тока и габаритная мощность первичной обмотки соответственно будут равны:

Выражения для габаритной мощности показывают, что при одной и той же схеме выпрямления (в нашем случае двухполупериодной) в зависимости от характера нагрузки размеры и вес трансформатора, а также допустимые токовые нагрузки вентилей, различны. Наилучшее использование трансформатора при нагрузке активно-индуктивной (Рт=1,34Ро), несколько хуже при идеально активной (Pт=1,48Po) и значительно хуже при нагрузке емкостного характера

(Рт=1,7Ро). Нагрев вентилей также будет наименьшим при нагрузке индуктивного характера, несколько большим при активной и наибольшим—при емкостном характере нагрузки. Это объясняется различием формы кривой тока вентиля и обмоток трансформатора (рис 4.25.) при различных характерах нагрузки,

вследствие чего неодинаковы коэффициенты формы и действующие значения токов, нагревающие вентили и обмотки трансформатора.

. Рис. 4.25. Кривая тока вентиля в двухполупериодной схеме выпрямления при активной (1), активно-емкостной (2) и активно-индуктивной (3) нагрузках.

Режим работы вентиля по обратному напряжению несколько благоприятнее при емкостном характере нагрузки, при котором требуется наименьшее число витков вторичной обмотки трансформатора.

Пульсация напряжения с увеличением нагрузки при ее емкостном характере увеличивается, при индуктивном—уменьшается, а при активной нагрузке неизменна.

4.11. Однофазная мостовая схема выпрямления

В мостовой однофазной схеме выпрямления (схеме Греца) используются четыре вентиля (рис.. 4.26.), соединенные так, что в течение одной половины периода напряжение вторичной обмотки прикладывается к нагрузке через одну пару вентилей, а в течение другой половины периода — через другую пару.

Если э. д. с. вторичной обмотки трансформатора направлена снизу вверх (от точки е к а), то под действием этой э. д. с. возникнет ток в цепи: точки а—б,

вентиль 1, точка а, сопротивление нагрузки rн, точка г, вентиль 3, точка д к точке е вторичной обмотки.

B течение второй половины периода э. д. с. вторичной обмотки u2 направлена от точки а к точке е и ток возникает в цепи: от точек е к д, вентиль 2, точка в,

сопротивление rн, точка г, вентиль 4, точка б, точка о вторичной обмотки. Таким образом, в этой схеме вторичная обмотка трансформатора работает обе половины периода и в ней возникает ток в обоих направлениях. В сопротивлении нагрузки ток также идет в течение обоих половин периода, но в неизменном направлении.

Рис.4.26. Однофазная мостовая схема выпрямления.

Отсутствие постоянной составляющей тока вторичной обмотки трансформатора и вывода ее средней точки выгодно отличает мостовую схему от двухполупериодной, так как улучшает использование трансформатора, снижает напряжение между конечными витками вторичной обмотки и упрощает изготовление трансформатора. Недостатки мостовой схемы проявляются при использовании вентилей с накальными катодами, так как эта схема требует относительно большого числа вентилей (четыре) и не менее трех трансформаторов или раздельных обмоток для питания нитей накала вентилей.

Кривые выпрямленного напряжения UO и тока вентиля ia для различных характеров нагрузки аналогичны этим кривым для двухполупериодной схемы выпрямления, изображенным на рис. 4.24. При активной нагрузке для среднего значения выпрямленного напряжения, соотношения между параметрами схемы имеют следующий вид:

откуда

При закрытом вентиле к нему будет приложено обратное напряжение, равное напряжению вторичной обмотки трансформатора. Поэтому амплитуда обратного напряжения равна амплитуде э. д. с. вторичной обмотки, т. е.

В отношении пульсации напряжения мостовая схема эквивалентна двухполупериодной, так как е1=0,67 и f,=2fc. Среднее значение амплитуды и действующее значение тока вентиля соответственно равны Icр=0,5Io;

Iмакс= 1,57Io;

Действующее значение тока вторичной обмотки будет.

так как в этой обмотке ток возникает дважды за период.

Габаритная (расчетная) мощность вторичной обмотки составляет:

и первичной обмотки

Габаритная мощность трансформатора при этом будет

При емкостном характере нагрузки обычно имеют место следующие соотношения между основными параметрами схемы:

При нагрузке индуктивного характера соотношения между основными параметрами схемы представляются в таком виде:

4.12. Схемы удвоения и умножения напряжений

Схема удвоения напряжения (схема Латура) представляет собой мостовую

схему (рис. 4.27,a), у .которой в два плеча моста включены вентили B1 и В2, а в два другие плеча — конденсаторы C1 и C2. К одной из диагоналей моста подключена вторичная обмотка трансформатора, а к другой диагонали—нагрузка. Схему удвоения напряжения можно представить в виде двух однополупериодных схем,

соединенных последовательно (рис. 4.27,б) и работающих от одной вторичной обмотки трансформатора. При положительном потенциале точки а вторичной обмотки трансформатора, когда э. д. с. в .ней направлены вверх, будет открыт вентиль В1 и начнется заряд конденсатора С1. При противоположном направлении э. д. с. .вторичной обмотки ток заряда конденсатора С2 протекает через вторичную обмотку, конденсатор С2 и вентиль B2. Конденсаторы C1 и С2 соединены последовательно и разряжаются на нагрузку. На рис. 4.28. показаны кривые

напряжений на конденсаторах и на нагрузке, а также кривые токов через вентили.

Так как напряжения двух однополупериодных схем U01 и u02 сдвинуты по фазе на половину периода, то при последовательном соединении этих схем суммарное

напряжение uо с точки зрения переменной составляющей соответствует двухполупериодной схеме. Ввиду того что конденсаторы С1 и С2 являются элементами схемы, работа выпрямителя возможна лишь на нагрузку емкостного характера.

Область применения схемы удвоения напряжения ограничивается устройствами

малой мощности с относительно высокими напряжениями (несколько сотен

вольт) при малых токах (до 10—20 ма). Так, например, эта схема выпрямления находит применение в питающих устройствах электроннолучевых трубок.

Схемы умножения напряжения, применяемые для получения выпрямленного напряжения в несколько раз большего напряжения вторичной обмотки трансформатора, используют свойство конденсаторов накапливать и в течение некоторого времени сохранять электрическую энергию. Это свойство конденсаторов используется не только для питания нагрузки, но и для заряда совместно с переменным напряжением сети других конденсаторов. Одна из возможных схем многократного умножения изображена на рис. 4.29. Здесь каждый последующий конденсатор заряжается до более высокого напряжения. Если э. д. с.

вторичной обмотки трансформатора направлена от точки а к точке б, то через вентиль B1 происходит заряд конденсатора C1 до амплитуды напряжения вторичной обмотки UМАКС. При изменении направления э. д. с. вторичной обмотки будет протекать ток заряда второго конденсатора по цепи: точка а, конденсатор C1,

вентиль B2, конденсатор С2, точка б вторичной обмотки трансформатора. При этом конденсатор C2 зарядится до напряжения Uc2 = Uмакс+Uс1 2Uмакс, так как вторичная обмотка и конденсатор C1 оказались включенными последовательно. При последующем изменении направления э. д. с. вторичной обмотки происходит заряд третьего конденсатора Сз по цепи; точка б, конденсатор Сз, вентиль Вз, конденсатор Сз, точка а вторичной обмотки. Заряд конденсатора Сз будет происходить до напряжения Uсз=Uмакс+Uс2 3Uмакс и т. д. Таким образом, на каждом последующем конденсаторе кратность напряжения соответствует его номеру (Ucn = nUмак).