книги из ГПНТБ / Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник

входного напряжения переменного тока и выходного выпрямленно­ го напряжения, а также для преобразования числа фаз питающей системы напряжений соответственно числу фаз вентильного блока. Трансформатор позволяет также осуществлять электрическую изоляцию между входными и выходными цепями выпрямителя.

В е н т и л ь н ы й б л о к осуществляет в схеме основную функ­ цию преобразования переменного тока в постоянный. Он состоит из полупроводниковых неуправляемых или управляемых вентилей,

щихся одна от другой способом включения вентилей и схемой со­ единения обмоток трансформатора. Для упрощения рассмотрения принципа действия схем выпрямителей целесообразно сделать неко­ торые допущения, которые заключаются в следующем:

выпрямитель работает на нагрузку с чисто активным сопротив­

лением; вентили являются идеальными, т. е. можно пренебречь их пря­

мым напряжением и обратным током; активным сопротивлением и индуктивностью рассеяния обмоток

трансформатора можно пренебречь.

Однофазная однополупериодная схема выпрямления с неуправ­ ляемым вентилем. Схема (рис. 27, а) состоит из одного вентиля В, включенного последовательно с нагрузкой R в цепь вторичной об­

50

пряжения на нагрузке («2=0). Поэтому отрицательная полуволна напряжения и2 полностью прикладывается к вентилю {иъ= и 2).

По истечении полного периода напряжение и2 вновь становится положительным, и явления в выпрямителе повторяются. Как вид­ но из рис. 27 в, г, выпрямленные ток i0 и напряжение «0 пульсиру­ ют, т. е. колеблются, не меняя своего направления.

Среднее значение выпрямленного напряжения за период, или, что то же, постоянная составляющая этого напряжения, определя­ ется интегрированием переменного напряжения в пределах полупериода, так как в течение второго полупериода выпрямленное напря­

трансформатора.

Среднее значение тока через вентиль / ов равно среднему значению

51

Обратное напряжение, воспринимаемое вентилем, ив характе­ ризуется кривой, построенной на рис. 27, д. Максимальное значе­ ние обратного напряжения равно максимальному значению вторич­ ного напряжения трансформатора:

U обр m — U 2m = 3 , 1 4 U Q.

Однофазная однополупериодная схема выпрямления обладает большими пульсациями выпрямленного напряжения, которые в об­ щем случае характеризуются коэффициентом пульсации kn. Коэф­ фициент пульсации представляет собой отношение амплитуды ос­ новной гармоники выпрямленного напряжения Umm к среднему значению выпрямленного напряжения £/0:

52

в, г), но коэффициент пульсаций оста­ ется весьма значительным (ka=0,67).

Максимальные значения тока нагрузки, тока через вентили и вторичную обмотку равны и составляют

Обратные напряжения на вентилях в двухфазной схеме дости­ гают величины, равной удвоенному максимальному значению на­ пряжения полуобмотки (рис29, д)

if обр т = 2£/2т= 2 1^2 U2 = 3,147/о-

Расчетная мощность трансформатора (без вывода)

■Рт= 1Д8 Я0.

При равных выпрямленных мощностях в однофазной двухполу­ периодной схеме выпрямления требуется трансформатор с расчет­ ной мощностью в 2—2,5 раза меньшей, чем в однофазной однопо- лупериодной-схеме.

54

Однофазная двухполупериодная схема выпрямления с управ­ ляемыми вентилями (тиристорами) дает возможность благодаря задержке момента отпирания вентилей регулировать в широком диапазоне средние значения и напряжения на нагрузке, а также величину выпрямленной мощности:

Uo= -^-(1 -fcosa) Uа; 7о = ~ ; P0 = UDI0.

Однофазная мостовая схема выпрямления. Схема (рис. 30, а)

состоит из однофазного трансформатора, включенных в мост четы­ рех выпрямителей, через которые получает питание нагрузка. Во время положительной полуволны напряжения и2 (рис. 30, б) от­ крыты вентили В1 и ВЗ, и ток нагрузки протекает через обмотку трансформатора и указанные вентили. В следующий полупериод открываются вентили В2 и В4, и ток нагрузки протекает через трансформатор в обратном направлении. В нагрузке же в обоих случаях направление тока не изменяется. Кривые выпрямленных тока t'o и напряжения п0 имеют такой же вид, как в однофазной двухполупериодной схеме выпрямления (рис. 30, в, г). Поэтому средние, максимальные и действующие значения этих величин оп­ ределяются по тем же формулам, что и для однофазной двухполу­ периодной схемы выпрямления. В этих формулах U2 — действую­ щее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Обратные напряжения на вентилях мостовой схемы равны на­ пряжению вторичной обмотки трансформатораМаксимальное зна­ чение обратного напряжения составляет (рис. 30, (?)

выпрямления. Это является одним из достоинств мостовой схемы. Расчетная мощность трансформатора (без вывода)

ЯТ=1,23Я 0.

В однофазной мостовой схеме расчетная мощность трансформа­ тора меньше, чем в рассмотренных уже однофазных схемах.

Однофазная мостовая схема выпрямления с управляемыми вен­ тилями имеет те же пределы регулирования выпрямленного тока /о, напряжения U0 и мощности Ро, что и однофазная двухполупе­ риодная схема. При этом для управления режимом работы одно­ фазной мостовой схемы достаточно, чтобы в парах вентилей В1, ВЗ и В2, В4 (рис. 27, а) было лишь по одному управляемому вен­

тилю.

Трехфазная схема выпрямления. Схема (рис. 31, а), предложен­ ная акад. В. Ф. Миткевичем, питается от трехфазной цепи через трехфазный трансформатор, вторичная обмотка которого соединен­ на в звездуВентили включаются последовательно с каждой фазой

55

Работа каждой фазы протекает поочередно. Например, в момент времени tQ(рис. 31,6), когда из трех фазных напряжений «а , «в и «с, составляющих симметричную трехфазную систему, положитель­ ным является только «а , питать нагрузку может только фаза А че­ рез вентиль /. При этом напряжение и0 на нагрузке будет равно фазному напряжению питающей фазы иа , а ток в нагрузке

вится положительным также напряжение ив , однако ток через вен­ тиль 2 в этот момент протекать не будет, так напряжение на нем

При этом вентиль 2 открывается, а вентиль 1 закрывается. Происхо­ дит коммутация (переключение) тока с вентиля / на вентиль 2, и пи­ тать нагрузку будет уже только фаза В.

Фаза В продолжает посылать ток в нагрузку до момента време­ ни t2, когда на смену ей придет фаза С, т. е. произойдет коммута-

56

ция с вентиля 2 на вентиль 3. В интервале времени tl—t2 напряжение ы0 на нагрузке равно напряжению ив , а в интервале времени t2—tz— напряжению ис . Иными словами, кривая выпрямленного напряжения и0 (рис. 31, в) будет представлять собой огибающую верхних полу­ волн фазных напряжений вторичной обмотки трансформатора. Кривая выпрямленного тока изображена на рис. 31,г.

В трехфазной схеме выпрямления вентиль каждой фазы рабо­ тает только треть периода, две же трети периода он закрыт об­ ратным напряжением.

Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке равно

+ Т

U0= 2 ^ U2mcos ant dwt = ,.3^ 6- U2= 1,17U2,

л

3

где U% — действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Среднее значение выпрямленного тока нагрузки равно

Через каждый вентиль протекает ток в 3 раза меньше:

I■'ОБ— —~ /‘О-

Максимальные значения тока нагрузки, тока через вентили и вторичную обмотку трансформатора равны и составляют

Расчетная мощность трансформатора (без вывода)

Я т = 1 , 3 7 Р „ .

Коэффициент пульсации трехфазной схемы выпрямления зна­ чительно меньше, чем у рассмотренных уже схем выпрямления, и

равен £п=6,25.

Трехфазная мостовая схема выпрямления. Схема (рис. 32, а) впервые предложена инж. А. Н. Ларионовым и поэтому часто на­ зывается его именем. В состав схемы входят трехфазный трансфор­ матор, вторичная обмотка которого соединена в звезду, и шесть включенных в мост вентилей, через которые получает питание на­

грузка.

Для знакомства с работой схемы наряду с фазными напряжения­ ми На , « в , нс (Рис, 32, б) вторичной обмотки трехфазного транс-

57

форматора удобно ввести услов­ ную шестифазную систему линей­ ных напряжений (рис. 32, в):

В момент времени to, когда наибольшее положительное зна­ чение имеет линейное напряжение Млб, ток под действием этого на­ пряжения потечет в схеме от точ­ ки А к точке В через вентиль 1, нагрузку R и вентиль 6. Мгновен­ ное значение напряжения нагруз­ ки «о в этот момент будет равно линейному напряжению мав Ос­ тальные вентили в этот момент пропускать ток не будут, так как будут закрыты отрицательными напряжениями. В этом нетрудно убедиться из уравнений, состав­ ленных на основании II закона Кирхгофа для соответствующих контуров:

(становится положительным), открывается вентиль 2. Происходит коммутация с вентиля 6 на вен­ тиль 2, и в течение интервала времени t\—t2 ток нагрузки течет че­ рез вентили / и 2, замыкаясь по фазам А и С трансформатора. На­ пряжение на нагрузке и0 будет равно линейному напряжениюкАсВентиль 6 в этом интервале времени будет уже закрытым, что сле­ дует из уравнения

Чвб — чВ2 +Uc — Ив = Исв-

В момент t2 аналогично предыдущему произойдет коммутация тока нагрузки с вентиля 1 на вентиль 3, и ток нагрузки в интервале t2—^з, т. е. 1 /6 часть периода, будет протекать уже по вентилям 2 и 3, замыкаясь по фазам С и В трансформатора. Напряжение и0 на нагрузке в этом интервале будет равно линейному напряжению «вс-

58

Продолжая аналогичные рассуждения, можно составить табли­ цу очередности открывания вентилей и включения в цепь нагрузки фаз трансформатора в различные интервалы времени (табл. 9).

Т а б л и ц а 9

Кривая выпрямленного напряжения и0 будет представлять со­ бой огибающую верхних полуволн линейных напряжений схемы (рис32, г) с периодом повторяемости, равной 7в периода перемен­ ного тока. Аналогичным по форме будет и ток г0 (рис. 32, д).

Среднее значение выпрямленного напряжения равно

где Uл и U2 — соответственно действующие значения линейного и фаз­ ного напряжения на вторичной стороне трансформа­ тора.

Среднее значение выпрямленного тока нагрузки равно

Через каждый вентиль протекает ток в три раза меньше:

Максимальное значение тока через вентиль

о

^Обратное напряжение на вентиле равно линейному, так как лю­ бой непроводящий вентиль присоединен через работающий вентиль к выходным зажимам трансформатора. Максимальное значение об­ ратного напряжения равно (рис. 32, е)

Uo5p т = U пт = “ U q ~ 1 ,0 4 5 /7 0,

О

т. е. почти не отличается от среднего значения выпрямленного на­ пряжения.

59