Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Источники вторичного электропитания. Линейные источники вторичного электропитания. Учебное пособие
.pdf
а точки b – отрицательный, диоды VD1, VD3 будут открыты, а диоды
R
VD2, VD4, находясь под обратным напряжением, будут закрыты. Со-
гласно принятой полярности ток в схеме протекает в направлении, по-
,ui
0
0
0
d
0
б.
u
1
i
1
i
1VD
u
u
2
i
обр
u
i
3VD
2VD
u
обр
u
d
2
i
d
2
t
t
i
4VD
t
t
казанном сплошными стрелками на рис. 4.2,
U
1
w
1
а
i
2
i
2
U
2
1VD
i
i
1VD
i
i
4VD
4VD
i
1
b
i
i
2
2
2VD
2VD
3VD
3VD
i
н
U
d
d
а б
Рис. 4.2. Мостовой выпрямитель:
а – схема выпрямителя; б – диаграммы напряжений и токов
11
,
ii
13
VD VD
u
обр
,
ii
24
VD VD
u
обр
uu
2,d
i
Во второй полупериод, когда потенциал точки b станет положитель-
ным, потенциал точки
а – отрицательным, открываются диоды VD2,
VD4, а диоды VD1, VD3, находясь под обратным напряжением, будут
закрыты. К каждому из диодов в закрытом состоянии прикладывается
одинарное напряжение вторичной обмотки
Вследствие поочередного отпирания диодов
VD3 обеспечивается связь вторичной
с нагрузкой
ное
напряжение, полярность которого аналогична полярности
u
d
напряжения
. Таким образом, на нагрузке формируется выпрямлен-
R
н
вторичной обмотки трансформатора.
u
2
VD2, VD4 и диодов VD1,
обмотки трансформатора
w
2
Так как падение на обмотках трансформатора и в диодах принято
равным нулю, то форма выпрямленного напряжения
повторяет
u
d
61
форму напряжения на зажимах вторичной обмотки
тора, являясь огибающей положительных полусинусоид напряжения
(рис. 4.2,
направлениях (рис. 4.2,
б).
Поскольку токи
и
i
протекают во вторичной обмотке в разных
i
2
2
б) и результирующий ток вторичной обмотки
трансформа-
u
2
u
2
i
2
не содержит постоянной составляющей, вынужденное подмагничивание магнитопровода трансформатора в такой схеме отсутствует. Ток
i
1
в первичной обмотке синусоидальный, а трансформатор работает в течение обоих полупериодов, как и в случае его нагрузки, только на активное сопротивление.
Выпрямленный
дов:
VD2, VD4 и VD1, VD3. Ток в нагрузке протекает в течение обоих
ток распределяется поровну между парами дио-
i
d
полупериодов переменного напряжения, как и ток во вторичной обмотке трансформатора, имеющий синусоидальную форму.
Обратное напряжение прикладывается одновременно к двум непроводящим диодам на интервале проводимости двух других диодов и его
максимальное значение определяется амплитудным значением напряжения
вторичной обмотки трансформатора.
u
2
Основные параметры, характеризующие схему однофазных выпрямителей при работе на активную нагрузку, приведены в табл. 4.1 [8–10].
Трехфазная однополупериодная схема выпрямления
Трехфазная однополупериодная схема выпрямления с выводом
нулевой точки содержит трехфазный трансформатора и три диода
(рис. 4.3,
а) [8–10]. Первичные обмотки трансформатора могут быть со-
единены «звездой» или «треугольником», вторичные обмотки соединяются только «звездой» с выводом нулевой точки. При этом выводы вторичных обмоток связаны с анодами трех вентилей. Нагрузка
R
под-
н
ключается к общей точке соединения катодов вентилей (диодов) и нулевому (среднему) выводу вторичных обмоток (рис. 4.3,
а). Таким обра-
зом, трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом представляет
собой сочетание трех однофазных выпрямителей, питающихся тремя
120
симметричными напряжениями, которые сдвинуты на
, и работаю-
щих на общую нагрузку. Ток нагрузки создается под действием фазного
62
напряжения вторичной обмотки трансформатора. За период напряжения
А
R
А
В
А
А
через каждую вторичную обмотку протекает однополярный ток на ин-
u
В
(120 ).
u
С
тервале проводимости каждого вентиля, равного
u
u
2/3
0
t
1
t
t
2
t
3
t
4
Т
U
U
1VD 2VD
i
i
U
С
В
i
d
С
н
i
d
3VD
0
u
d
i
d
0
0
u
обр
i
i
С
В
t
U
d
I
d
t
u
обр.им.л
а б
Рис. 4.3. Трехфазная однополупериодная схема выпрямления (а),
диаграммы напряжения и тока (б)
В любой произвольно выбранный момент ток проводит диод, анод
которого находится под наибольшим положительным потенциалом.
Аноды двух других диодов в данный момент будутт иметь только меньший потенциал и будут закрыты, поскольку наибольший потенциал открытого диода окажется запирающим для двух других диодов. Например, на интервале времени
тенциалом точки
тельно, через
кают токи
ii i
1 da
алом точки
VD3 (точки b и с на рис. 4.3, а) в этот интервал времени будут меньше
и
потенциала точки
а (рис. 4.3, а) находится анод диода VD1, следова-
VD1 и первую фазную обмотку трансформатора проте-
. Точка соединения катодов окажется под потенци-
а схемы. Следовательно, потенциалы анодов диодов VD2
а (рис. 4.3, а), вследствие чего диоды VD2 и VD3
будут заперты. В течение интервала
под наибольшим положительным по-
...tt
12
наибольший потенциал
...tt
23
63
будет на аноде диода VD2 (точка b), следовательно, диод VD2 проводит
А
ток, а диоды
водит диод
VD1 и VD3 – заперты. На интервале времени
VD3, а диоды VD2 и VD3 заперты и т. д.
ток про-
...tt
34
Таким образом, ток нагрузки создается под действием фазного
напряжения вторичной обмотки трансформатора. За период напряжения через каждую вторичную обмотку протекает однополярный ток на
интервале проводимости каждого вентиля, равного
(120). Вен-
23
тиль, находящийся в открытом состоянии, подключает напряжение соответствующей фазы к нагрузке. В результате в нагрузке действует однополярное пульсирующее напряжение
, которое представляет со-
u
d
бой участки фазных напряжений вторичных обмоток и содержит трехкратные пульсации за период. Так как падение напряжения в обмотках
трансформатора и вентилях идеализированной схемы равны нулю, то
при чисто активной нагрузке форма выпрямленного
имеет огибающую фазовых напряжений вторичных обмоток (
). При этом кривая выпрямленного тока
и
u
С
форму с кривой выпрямленного напряжения
u
имеет одинаковую
i
d
.
d
напряжения
u
d
u
,
u
В
Так как каждая фазная обмотка трансформатора рассматриваемой
схемы работает лишь один раз в течение 1/3 периода, а ток протекает по
обмотке только в одном направлении, то возникающая постоянная составляющая тока вызывает вынужденное подмагничивание магнитопровода трансформатора. Для устранения подмагничивания вторичные
обмотки выполняют в виде отдельных секций, которые соединяются по
схеме «
зигзаг», вследствие чего создаваемые в каждом из стержней постоянной составляющей тока магнитные потоки взаимно компенсируются.
По трехфазной однополупериодной схеме выполняются выпрями-
тели средней и большой мощности.
Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)
Трехфазная мостовая схема содержит выпрямительный мост из ше-
сти вентилей, которые соединены в две трехфазные группы (рис. 4.4,
а).
Обмотки трансформатора могут быть соединены «звездой» и «треугольником». Диоды
VD1, VD2, VD3 соединены катодами, образуют катодную
64
группу и принадлежат первому выпрямителю. Диоды VD4, VD5, VD6
А
А
В
R
А
А
соединены анодами, образуют анодную группу и принадлежат второму
выпрямителю. Нагрузка подключается между точками соединения анодов и катодов. Каждая из двух групп выпрямителя повторяет работу
трехфазного выпрямителя со средней точкой [8–10].
Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу идеализированного трехфазного мостового выпрямителя на активную нагрузку,
представлены на рис. 4.4,
б.
u
U
U
U
С
В
4VD
1VD
5VD
2VD
2dU
2
U
d
6VD
i
d
U
н
С
3VD
d
0
2du
i
1
i
2
3
i
3
u
d
i
d
0
u
u
t
1
1
5
6
6
1
5
1
u
В
С
t
Т
3
2
4
2
4
42
3
6
3
1
t
5
t
U
d
5
t
а б
Рис. 4.4. Трехфазная мостовая схема выпрямления (а),
диаграммы напряжения и тока (б)
Вентили анодной группы (VD4, VD5, VD6) открываются отрицатель-
ным и наибольшим (по абсолютной величине) потенциалом катода. Так
как таким потенциалом в каждый момент (в течение 1/3 периода питающего напряжения) будет обладать только один из вентилей анодной
группы (кривые
,
и
u
u
В
на рис. 4.4, б), то именно этот вентиль
u
С
проводит ток. Два других вентиля этой группы буду закрыты, так как
потенциал анодов этих вентилей (рис. рис. 4.4,
б) будет ниже потенциала
65
катодов. Диаграммы токов вентилей
дены на рис. 4.4,
б [8–10].
,
,
i
4
анодной группы приве-
i
i
5
6
Ток нагрузки протекает через два вентиля: один – с наиболее высоким потенциалом анода относительно нулевой точки трансформатора из
катодной (
циалом из анодной (
VD1, VD2, VD3) группы, а другой – с наиболее низким потен-
VD4, VD5, VD6) группы (рис. 4.4, а).
Вентили катодной группы проводят ток только на интервале времени, когда в аноде потенциал положительный и наибольший, причем
каждый из вентилей проводит ток в течение 1/3 периода (диаграммы то-
,
,
ков
i
1
на рис. 4.4, б) [8–10].
i
i
2
3
За период питающего напряжения происходит шесть переключений
вентилей, схема работает в шесть тактов.
Кривая тока вторичной обмотки трансформатора определяется
токами двух подключенных к данной фазе вентилей, один из которых
входит в анодную группу, а другой – в катодную. Ток вторичной обмотки является переменным с паузой между импульсами длительностью
, когда оба вентиля этой фазы закрыты. Постоянная состав-
3
ляющая в токе вторичной обмотки отсутствует, в связи с чем поток
вынужденного подмагничивания магнитопровода в мостовой схеме
не порождается.
На базе трехфазной мостовой схемы возможно построение двенадцати и двадцатичетырехпульсных схем выпрямления, в основе которых применяют последовательное и параллельное соединение схем
при
различном сочетании соединений («звезда» или «треугольник») вторичных обмоток трансформатора.
4.3. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СХЕМ
ВЫПРЯМЛЕНИЯ НЕУПРАВЛЯЕМЫХ
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Основные параметры рассмотренных схем выпрямления с неуправляемыми вентилями (диодами) приведены в табл. 4.1 и 4.2. Сравнение
схем, как правило, проводят по главным показателям: габаритной мощности, числу диодов, обратному напряжению на диоде; коэффициенту
пульсации выпрямленного напряжения.
66
Однофазная однополупериодная схема (табл. 4.1): проста, содержит
один диод, при этом имеет максимальные значения габаритной мощности трансформатора, коэффициента пульсации и обратного напряжения
на диоде. Применяется только в выпрямителях со сглаживающими
фильтрами или в тех случаях, когда допустимы большие пульсации выпрямленного напряжения [8–10].
Однофазная двухполупериодная схема с выводом средней (нулевой)
точки трансформатора
имеет два диода; частота пульсаций равна удвоенной частоте питающей сети; лучшее использование обмоток; отсутствие подмагничивания магнитопровода; большие значения обратного
напряжения на диоде; конструкция трансформатора усложнена необходимостью вывода средней (нулевой) точки вторичной обмотки трансформатора. Широко применяется в маломощных линейных ИВЭП при
сравнительно невысоких выходных напряжениях (до 600 В) [8–10].
Однофазная мостовая схема выпрямления (табл. 4.1) имеет четыре
диода; частота пульсаций равна удвоенной частоте питающей сети;
меньшие значения габаритной мощности, обратного напряжения на диоде и напряжения вторичной обмотки; в схеме одновременно работают
два диода – увеличенные потери напряжения и мощности. Преимущество: возможность работы схемы без трансформатора и, если значение
выпрямленного напряжения
соответствует напряжению сети, а цепь
нагрузки не исключает электрической связи с сетью переменного тока,
то схема выпрямления (в частности диоды) может включаться непосредственно в сеть – точки
а и b схемы (рис. 4.3, а) присоединяют к сети
переменного тока. Широко применяется в маломощных линейных
ИВЭП при сравнительно невысоких выходных напряжениях (до 600 В)
[8–10].
Трехфазная с выводом нулевой точки (табл. 4.2) схема выпрямления
является наиболее простой из многофазных схем; имеет наибольший
коэффициент пульсаций, наибольшие значения обратного напряжения
на вентиле и габаритной мощности трансформатора. Схема выпрямления используется
для получения напряжения не свыше 1000 В и мощ-
ности в нагрузке несколько киловатт [8–10].
Трехфазная мостовая схема (табл. 4.2) широко применяется в выпрямителях средней и большой мощности как при высоком, так и при сравнительно низком выходном напряжении. Вторичные обмотки трансформаторов линейных источников вторичного электропитания, в блоках
67
выпрямления которых применяется трехфазная мостовая схема, целесо-
f
f
образно соединять «звездой», так как при соединении «треугольником»
в них возможно появление уравнительных токов [8–10].
Таблица 4.1
Основные параметры однофазных двухполупериодных выпрямителей
с активной нагрузкой
Схема выпрямления
Параметр
Действующее значение напряжения вторич-
U
ной обмотки
2
Действующее значение тока вторичной
I
обмотки
2
Действующее значение тока первичной
I
обмотки
1
однофазная
двухполупериод-
ная с выводами
средней точки
21,11dU
0,785dI
1, 1dIn
21
однофаз-
ная мосто-
вая
1, 11dU
1, 11dI
1, 1dIn
21
Габаритная мощность трансформатора
P
г
Вынужденное подмагничивание трансформатора
Повторяющееся импульсное обратное
напряжение на вентиле
U
Средний выпрямленный ток диода
обр.имп
I
пр.ср
Повторяющийся импульсный прямой ток
I
пр.имп
диода
1, 4 8dP
1, 2 3dP
Нет Нет
3,14dU
0,5dI
1, 5 7dI
1, 5 7dU
0,5dI
1, 5 7dI
Число диодов в схеме 2 4
Частота пульсаций выпрямленного напряже-
ния
2
c
2
c
Коэффициент пульсации по первой гармонике
k
п
01
0,67 0,67
68
Таблица 4.2
P
P
P
P
f
f
f
Основные параметры трехфазных выпрямителей
с активной нагрузкой
Схема выпрямления
трехфазная
Параметр
трехфазная
однополупери-
мостовая при объеди-
нении обмоток
одная
Действующее значение напряжения
U
вторичной обмотки
2
Действующее значение тока вторич-
I
ной обмотки
2
Действующее значение тока первич-
I
ной обмотки
1
Габаритная мощность трансформатора
г
Вынужденное подмагничивание
трансформатора
Повторяющееся импульсное обратное напряжение на вентиле
U
обр.имп
Средний выпрямленный ток
диода
I
пр.ср
Повторяющийся импульсный
прямой ток диода
I
пр.имп
Y
YY
0,85dU
0, 58dI
0, 48dIn
1, 3 5
d
21
0, 43dU
0,82dI
0,82dIn
1, 0 5
d
21
0, 47dIn
Есть Нет Нет
2, 09dU
0, 33dI
1, 2 1dI
1, 0 5dU
0, 33dI
1, 0 5dI
Y
0, 74dU
0, 47dI
1, 0 5
1, 0 5dU
0, 33dI
1, 0 5dI
21
d
Число диодов в схеме 3 6 6
Частота пульсаций выпрямленного
напряжения
3
c
6
c
6
c
Коэффициент пульсации по первой
гармонике
k
п
01
0,25 0,057 0,057
69
Выпрямители, выполненные по первым трем схемам, как правило,
работают на нагрузку с емкостной реакций; выпрямители, выполненные
по многофазным схемам в основном работают на нагрузку с индуктивной реакцией.
Применение однофазных схем выпрямления при наличии трехфазной сети обусловливает неравномерность ее нагрузки по фазам. Поэтому однофазные схемы при трехфазном питании выполняются
на
мощность не более 1 кВт. При большей мощности целесообразно применять многофазные схемы выпрямления.
Следует заметить, что в реальных условиях выпрямители практически не работают на чисто активную нагрузку, так как для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения между схемой выпрямления и нагрузкой включаются сглаживающие фильтры, содержащие индуктивности и
емкости.
В некоторых случаях и сама нагрузка содержит элементы с емкостью, индуктивностью и внешней ЭДС. Наличие индуктивных и емкостных элементов или встречной ЭДС в цепи нагрузки существенно
влияет на работу выпрямителя. Кроме того, внутренние активные и индуктивные сопротивления всех элементов выпрямителя (вентилей,
трансформатора), а также дестабилизирующие факторы (несинусои
дальность питающих напряжений и несимметрия питающих напряжений) оказывают большое влияние на процессы, протекающие в выпрямителях.
-
4.4. РЕГУЛИРУЕМЫЕ (УПРАВЛЯЕМЫЕ)
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
При эксплуатации линейных источников вторичного электропитания часто возникает необходимость изменения (регулировки) значения
выпрямленного напряжения.
Регулирование выпрямленного напряжения выпрямителя может выполняться как на стороне постоянного тока (рис. 4.5), так и на стороне
переменного тока (рис. 4.6).
Регулирование выпрямленного напряжения может осуществляться
различными способами: с помощью: регулируемого трансформатора,
дросселей насыщения, резистивных или емкостных
делителей напряже-
ния, управляемых вентилей [1–6].
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]