4 курс (заочка) / Учебные материалы / ЭУиСТ лабораторный практикум

б - напряжение на вторичных обмотках; в – ток первого вентиля; г – ток второго вентиля; д –ток и напряжение на нагрузке; е – ток первичной обмотки; ж

– обратное напряжение на вентилях.

масштаб. В этой схеме через нагрузку за один период питающего напряжения проходят два импульса тока, поэтому число фаз выпрямления равно двум. Основная гармоника пульсаций имеет частоту в 2 раза больше частоты сети

.

Сердечник трансформатора в схеме двухполупериодного выпрямления не подмагничивается, так как постоянные составляющие токов фаз проходят по вторичным обмоткам в противоположных направлениях и их МДС (магнитодвижущие силы) компенсирую друг друга. Ток первичной обмотки трансформатора синусоидален ( рис. 4, а)

Закрытый вентиль в данной схеме ВУ находится под обратным напряжением, в 2 раза превышающим напряжение на одной из вторичных обмоток т.е.

Достоинства схемы:

-частота пульсации выше, чем в предыдущей схеме;

-минимальное число вентилей;

-отсутствие вынужденного подмагничивания;

-работа на любой вид нагрузки.

-высокий КПД. Недостатки:

-высокое обратное напряжение;

-не работает без трансформатора.

4.Однофазная двухтактная мостовая схема выпрямления (работа ВУ на

активную нагрузку).

Мостовой выпрямитель состоит из двухобмоточного трансформатора, четырех вентилей, включенных по схеме моста VD1, VD2, VD3, VD4, и нагрузки выпрямителя .

К одной диагонали моста подключена вторичная обмотка трансформатора, а к другой – нагрузка. В схеме выпрямителя четыре вентиля соединены так, что напряжение вторичной обмотки подается на нагрузку в течение одного полупериода через одну пару вентилей, в течение второго полупериода - через вторую. Общая точка катодов вентилей VD1, VD2 является положительным полюсом выпрямителя, общая точка анодов вентилей VD3, VD4 – отрицательным.

При работе выпрямителя напряжение на вторичной обмотке имеет такую фазу, что в первый полупериод (0-) потенциал верхнего конца вторичной обмотки «a» положителен, а нижнего конца «b» – отрицателен (рис. б).

Вентили VD1 и VD4 в течение первого полупериода открыты, так как оказываются включенными в прямом направлении, а вентили VD2, VD3 закры-

21

ты. Ток протекает по цепи – точка «a», вентиль VD1 сопротивление нагрузки , вентиль VD4, точка «b» (рис. 5, в). Этот ток создает на сопротивлении нагрузки падение напряжения, повторяющее первую полуволну выпрямляемого напряжения . Во второй полупериод () полярность напряжения на вторичной обмотке изменится на обратную и ток потечет по другой цепи от точки «b» вторичной обмотки через вентиль VD2, сопротивление нагрузки , вентиль VD3, к точке «a» обмотки трансформатора. Вентили VD1

иVD4 во время второго полупериода () закрыты (рис 5, г).

Через нагрузку токи , проходят в одном направлении, образуя вы-

прямленный ток . Выпрямленное напряжение (рис. 5, д) совпадает по форме с суммарным током . Ток во вторичной обмотке через каждый полупериод меняет направление, поэтому сердечник трансформатора не подмагничивается. Ток в первичной обмотке синусоидален (рис. 5, е).

В этой схеме выпрямления за один период питающего напряжения по нагрузке проходят два импульса тока, т.е. число фаз выпрямления равно двум. Поэтому основная гармоника пульсации имеют частоту.

Каждый полупериод два вентиля открыты, а два других закрыты. Так как сопротивление открытых вентилей равно нулю, то закрытые вентили оказываются включенными параллельно между собой и, следовательно, находятся под обратным напряжением, равным напряжению на вторичной обмотке (рис. 5, ж).

Максимально обратное напряжение на закрытом вентиле равно амплитуде напряжения на вторичной обмотке трансформатора .

Достоинство схемы:

-частота пульсации выше, чем в однополупериодной схеме;

-может работать без трансформатора;

-отсутствие вынужденного подмагничивания.

Недостатки:

- необходимость в четырех вентилях.

5. Работа выпрямителей на емкостную и индуктивную нагрузку.

Выше приводились особенности работы выпрямителей, питающихся от однофазной сети, только на активную нагрузку. На активную нагрузку выпрямители работают лишь в тех устройствах, где пульсация выпрямленного напряжения не лимитируется (цепи сигнализации, контроля защиты и т.д. ). Поэтому в основном различают два режима работы ВУ: работу ВУ на нагрузку емкостного характера и работу ВУ на нагрузку индуктивного характера.

В ВУ после ВБ следует сглаживающий фильтр, который и определяет форму тока, протекающего через диоды ВБ и все элементы, стоящие перед ВБ. Поэтому сглаживающий фильтр определяет энергетические показатели выпрямителя в целом.

Как правило, выпрямители средней и большой мощности работают на индуктивную нагрузку, а выпрямители малой мощности – на емкостную.

22

23

Рис. 5. Однофазная мостовая схема выпрямления. б – напряжение на вторичной обмотке; в – ток первого и четвертого вентиля; г – ток второго и третьего вентиля; д – ток и напряжение на нагрузке; е – ток первичной обмотки; ж – обратное напряжение на вентилях.

24

6. Процессы в ВУ с емкостным характером нагрузки.

-

- (+)

а)

Рис 6, а. Выпрямитель с емкостным характером нагрузки.

Выпрямитель работает на нагрузку емкостного характера, когда первым элементом сглаживающего фильтра является конденсатор. Сопротивление конденсатора для первой гармоники пульсации должно быть мало по сравнению с сопротивлением нагрузки.

Рассмотрим этот режим работы на примере однотактной однофазной схемы (рис. 6, а). По аналогии происходящие в ней процессы с учетом индивидуальных особенностей можно распространить и на другие схемы выпрямления. Конденсатор C в этой схеме заряжается, когда вентиль VD открыт, а при закрытом вентиле разряжается на нагрузку. Ток вентиля разветвляется на ток нагрузки и ток заряда конденсатора . Так как конденсатор и нагрузка включены параллельно, то напряжение на конденсаторе является и напряжением на нагрузке.

С момента (точка «a» на рис. 6, в) напряжение на вторичной обмотке больше, чем напряжение на конденсаторе. Поэтому вентиль VD в этот момент открывается. Его ток частично идет на заряд конденсатора и частично протекает по нагрузке.

Напряжение на заряжающемся конденсаторе растет до момента (точка b кривой ).

Далее напряжение становится меньше напряжения на конденсаторе, на катоде вентиля получается более высокий потенциал, чем на аноде, и вентиль закрывается. С этого момента вентиль отключает вторичную обмотку трансформатора от заряженного конденсатора и нагрузки. Конденсатор разряжается на нагрузку, поддерживая в ней ток. Ток разряда конденсатора противоположен по знаку тока заряда и изменяется по экспоненциальному закону (рис. 6, д). В выпрямителе постоянная времени разряда конденсатора

25

всегда делается достаточно большой, чтобы конденсатор не успевал разрядиться полностью до прихода следующего положительного полупериода. В момент времени уменьшающееся напряжение конденсатора станет равным напряжению (точка «c» кривой ) и процесс заряда конденсатора повторяется.

Ток через вентиль и вторичную обмотку трансформатора проходит только, при заряде конденсатора. Половина интервала, в течение которого протекает ток вентиля, называется углом отсечки тока .

Импульс тока через вентиль имеет длительность (рис. 6, г), и его амплитуда зависит от сопротивления нагрузки и емкости конденсатора С.

Коэффициент пульсации – это отношение амплитуды первой гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения к его постоянной составляющей. Коэффициент пульсации большой, если он больше чем 10-2, средний, если он находится в пределах 10-3-10-2, и малый, если он меньше 10-

3.

Чем меньше коэффициент пульсации, тем меньше содержание в выпрямленном напряжении переменной составляющей, тем качественнее выпрямление. В составе выпрямленного напряжения первая (основная) гармоника имеет наибольшую амплитуду и наименьшую частоту.

Выпрямитель с емкостным характером нагрузки чувствителен к изменению тока нагрузки.

Увеличение нагрузки выпрямителя, т.е. уменьшение сопротивления , вызывает уменьшение среднего значения выпрямленного напряжения так как разряд конденсатора будет происходить быстрее (участок b-с кривой на рис. в пойдет ниже). При этом увеличивается пульсация выпрямленного напряжения, длительность работы фазы (угол отсечки ) и амплитуда тока через вентиль.

Увеличение емкости конденсатора приведет к небольшому увеличению выпрямленного напряжения (участок b-c кривой пойдет выше) и снижению пульсации.

7.Процессы в ВУ с индуктивным характером нагрузки.

Всхемах с большим потреблением тока в качестве первого элемента фильтра используется дроссель, обладающий большой индуктивностью. Его индуктивное сопротивление для первой гармоники выпрямленного тока должно

быть значительно больше сопротивления нагрузки при этом реакция нагрузки будет индуктивной.

Воднофазной однотактной однополупериодной схеме выпрямления не применяется фильтр, начинающийся с индуктивности. При работе данной схемы на нагрузку индуктивного характера выпрямленный ток имеет прерывистый характер, пульсация напряжения на нагрузке велика и внешняя характеристика выпрямителя имеет резко падающий характер.

27

На примере однофазной двухполупериодной схемы выпрямления рассмотрим работу выпрямителя на нагрузку индуктивного характера (рис. 7, а). Кривая выпрямленного напряжения является огибающей фазных напряжений вторичных обмоток трансформатора, как и у выпрямителя с активной нагрузкой. Период равен (рис. 7, в).

Выпрямленный ток, являющийся суммарным током всех фаз, под влиянием

Ток по первой фазе проходит до тех пор, пока напряжение второй фазы не

ся.

За один период выпрямляемого напряжения поочередно срабатывают две фазы вторичной обмотки трансформатора и их токи (рис. 7, д, е, ж), сложившись в цепи нагрузки (L, ), дадут непрерывный выпрямленный ток.

Форма кривой тока нагрузки зависит от отношения индуктивного сопротивления дросселя к сопротивлению . Чем больше индуктивность дросселя, тем ближе выпрямленный ток к постоянному.

На рис. 8 показано изменение формы тока фазы при различных отношениях

.

При =0 выпрямитель работает на активное сопротивление и форма импульса тока повторяет кривую ЭДС соответствующей фазы.

28

При увеличении увеличивается ЭДС самоиндукции дросселя и ток спадает и возрастает на меньшую величину.

е)

Рис. 7. Выпрямитель с нагрузкой индуктивного характера. б – напряжение на вторичных обмотках трансформатора; в – выпрямленное напряжение; г – ток нагрузки; д, г, ж – ток вентиля VD1, VD2.

29

Рис. 8. Изменение формы тока для различных соотношений .

2.ПЛАН РАБОТЫ

1.Ознакомиться с принципом действия, режимами работы и параметрами однофазных схем выпрямления.

2.Снять и построить внешние характеристики однополупериодной схемы выпрямления при её работе на активную, емкостную и индуктивные нагрузки. Для одного из значений (не нулевого) тока нагрузки определить с помощью осциллографа формы кривых напряжения на выходе выпрямителя и формы тока вентиля. По результатам измерений рассчитать основные параметры выпрямителя и построить их зависимость от тока нагрузки.

3.Снять и построить внешние характеристики двухполупериодной схемы выпрямления при её работе на активную, емкостную и индуктивные нагрузки. Для одного из значений (не нулевого) тока нагрузки определить с помощью осциллографа формы кривых напряжения на выходе выпрямителя и формы тока вентиля. По результатам измерений рассчитать основные параметры выпрямителя и построить их зависимость от тока нагрузки.

4.Снять и построить внешние характеристики однофазной мостовой схемы выпрямления при её работе на активную, емкостную и индуктивную нагрузки. Для одного из значений (не нулевого) тока нагрузки определить с помощью осциллографа формы кривых напряжения на выходе выпрямителя и формы тока вентиля. По результатам измерений рассчитать основные параметры выпрямителя и построить их зависимость от тока нагрузки.

5.Оформить индивидуальный отчет по лабораторной работе и ответить на контрольные вопросы.

30