- •Введение
- •Общие сведения об источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры
- •Основные понятия о вторичных источниках питания
- •1.2. Характеристики источников питания и его отдельных каскадов
- •2. Трансформаторы и дроссели
- •2.1. Основные определения
- •2.2 Работа трансформатора в режиме холостого хода.
- •2.3. Работа трансформатора в нагрузочном режиме
- •3. Электрические машины постоянного и переменного токов
- •3.1. Устройство машины постоянного тока
- •3.2. Характеристики генераторов постоянного тока
- •3.2.1. Генераторы независимого возбуждения
- •3.2.2. Генераторы параллельного возбуждения
- •3.2.3. Генераторы смешанного возбуждения
- •3.3. Устройство машины переменного тока
- •3.4. Характеристики трёхфазной асинхронной машины
- •3.4.1. Режим двигателя
- •3.4.2. Режим генератора
- •3.4.3. Режим электромагнитного тормоза
- •4. Выпрямители
- •4.1. Режимы работы выпрямителей и параметры вентилей
- •4 .1.1. Режимы работы выпрямителей
- •4.1.2. Параметры вентилей
- •4.2. Работа многофазного выпрямителя на активную нагрузку
- •4.3. Работа выпрямителя на ёмкостную нагрузку
- •4.4. Работа выпрямителя на нагрузку индуктивного характера
- •4.5. Схемы выпрямителей
- •4.5.1. Однофазные схемы выпрямителей
- •4.5.2. Двухфазные схемы выпрямителей
- •4.5.3. Трёхфазные схемы выпрямителей
- •4.6. Регулируемый выпрямитель
- •4.6.1. Основная схема тиристорного регулируемого выпрямителя.
- •4.6.2. Схема выпрямителя с обратным диодом
- •4.6.3. Мостовые схемы с тиристорами
- •4.6.4. Выпрямитель переменного напряжения прямоугольной формы с нагрузкой, начинающейся с индуктивности
- •4.6.5. Выпрямитель переменного напряжения прямоугольной формы с нагрузкой, начинающейся с емкости
- •5. Сглаживающие фильтры
- •5. Схема замещения. Критерии качества сглаживающих свойств фильтров
- •5.2. Активно-индуктивный (r-l) сглаживающий фильтр
- •5.3. Активно-емкостный (r-c) сглаживающий фильтр
- •5.4. Резонансные фильтры
- •5.5. Активные фильтры
- •6. Стабилизаторы постоянного тока
- •6.1. Стабилизаторы на стабилитронах
- •6.2. Линейные стабилизаторы с обратной связью
- •6.3. Стабилизаторы, работающие в ключевом режиме
- •6.4. Стабилизаторы переменного напряжения
- •7. Преобразователи напряжения постоянного тока
- •7.1. Схемы преобразователей
- •7.2. Линейные процессы в силовой цепи инвертора с независимым возбуждением
- •7.3. Мостовая и полумостовая схемы инверторов
- •7.4. Коммутационные процессы в преобразователе с независимым возбуждением
- •7.5. Потери мощности в преобразователе напряжения
- •7.6. Структурные схемы вторичных источников питания с преобразователями напряжения
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Электропреобразовательные устройства
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14.
- •Электропреобразовательные устройства
4.3. Работа выпрямителя на ёмкостную нагрузку
В качестве основы берем ту же схему Миткевича (Рис.4.6)
Рис. 4.6. Однотактный выпрямитель для трёхфазной сети переменного тока
Считаем что трансформатор идеальный, т.е. Rтр=0; Xтр=0; вентили идеальны. Схема совершенно симметрична. Временная зависимость тока на нагрузке представлена на рисунке 4.7.
Рис. 4.7. Зависимость тока от времени
Емкость мгновенно (в идеальном случае) заряжается до напряжения в фазе и напряжение на емкости будет, изменяется в соответствие с ЭДС по достижении его максимального значения. При уменьшении напряжения в фазе емкость разряжается на нагрузку по экспоненциальному закону и если напряжение на ней выше, чем в фазе, вентиль закрывается разностью этих воздействий.
Принято оценивать длительность импульса тока угловой мерой , где - угол отсечки.
Если мы увеличиваем нагрузку, то длительность импульса тока уменьшается и наоборот.
Особенностью работы выпрямителя на емкостную нагрузку является то, что напряжение на выходе выпрямителя представляет собой сравнительно сложную функцию, составленную из периодически чередующихся отрезков косинусов и экспоненты (Рис. 4.8).
а) в)
Рис. 4.8. Зависимость напряжения U0 от времени
- длительность импульса тока вентиле за отведенное время для работы фазы составляет:
(4.25)
При прочих требованиях к току в нагрузке, ток через вентиль в импульсном режиме, соответствующем емкостному характеру нагрузки, имеет большую амплитуду, чем в случае чисто активного сопротивления нагрузки.
Таким образом, требования к пропускной способности вентиля по току при работе на емкостную нагрузку, существенно увеличивается против случая с активной нагрузкой, что является платой за достигаемое сглаживание пульсаций.
4.4. Работа выпрямителя на нагрузку индуктивного характера
На рисунке 4.9 представлена схема выпрямителя, работающего на индуктивную нагрузку и характеристики, иллюстрирующие его работу.
Рис 4.9. Выпрямитель, работающий на индуктивную нагрузку и его характеристики.
При использовании сглаживающих дросселей в качестве первого элемента фильтра выпрямитель работает на индуктивную нагрузку . Это существенно изменит режим работы схемы. Обратимся к однополупериодной схеме. (Рис. 4.9). При включении дросселя в однополупериодную схему ЭДС. самоиндукции дросселя препятствует нарастанию и снижению тока. Протекание тока через вентиль происходит и в течение некоторой части отрицательного полупериода за счет того, что ЭДС. самоиндукции компенсирует отрицательное напряжение . Продолжительность протекания тока зависит от величины . Вентиль открыт большую часть времени, и выходное напряжение спадает до нуля, т.е. пульсации практически не уменьшаются. Поэтому в однополупериодных выпрямителях такие фильтры не применяются. Анализ работы такой схемы интересен с точки зрения учета индуктивности рассеяния обмоток трансформатора.
Работа двухполупериодных и многофазных выпрямителей на - нагрузку существенно отличается от работы однополупериодной схемы. В этих схемах вентили работают поочередно, поэтому к моменту перехода тока с одного вентиля на другой его величина имеет не нулевое, а другое определенное значение. В качестве примера рассмотрим работу однофазной двухполупериодной схемы выпрямления с нулевым выводом на - нагрузку. Из-за влияния ЭДС. самоиндукции ток вентиля достигает своего максимального значения не в тот момент, когда , а несколько позже (Рис. 4.10, 4.11).
Рис. 4.10. Временные диаграммы токов и напряжения на вентиле и нагрузке
. (4.26)
Пульсации U0 уменьшаются, Ia max уменьшается, Imax ≈ I0. Типовая мощность трансформатора меньше, а длительность работы вентилей та же, как при активной нагрузке. Обычно индуктивность дросселя достаточно велика и пульсации токов Ia и I0 очень незначительны. Однако на работу мощных выпрямителей оказывает влияние индуктивность рассеяния вторичных обмоток трансформатора. Они соединены непосредственно с вентилями, а поскольку, согласно закону коммутации, скачкообразные изменения тока в цепях с индуктивностями не возможны, ток через открывающийся вентиль будет нарастать плавно, а через закрывающийся - плавно спадать.
Рис. 4.11. Диаграммы тока на вентиле
Угол, при котором работают оба вентиля, (Рис.4.11) называется углом перекрытия фаз. Он тем больше, чем больше Ls и I0. Эти коммутационные процессы приводят к тому, что:
1) несколько уменьшается выходное напряжение U0;
2) переменные составляющие выпрямленного напряжения нарастают; U0 уменьшается на величину
, (4.27)
так как ωL>>Rн, амплитуда основной гармоники:
, (4.28)
коэффициент пульсаций равен:
, (4.29)
Амплитуда переменной составляющей выходного тока:
(4.30)
Если включается LCR нагрузка, то при изменении Rн характер ее может меняться. При возрастании Rн критическим значениям тока нагрузки будет такое, когда он, уменьшаясь, достигнет I0min = Im2. Начиная с этого момента и при последующем уменьшении, I0 будет наблюдаться разрывность тока через дроссель, а это значит, что выпрямитель будет переходить в режим работы на емкостную нагрузку.
(4.31)
Критическое значение индуктивности дросселя:
(4.32)
Для обеспечения индуктивного характера нагрузки индуктивного дросселя должна быть больше Lкр.