Бар В. И. Курс лекций «Основы преобразовательной техники»

Ввиду идентичности кривых ud для выпрямителей (мостового и с выводом нулевой точки трансформатора) для схемы изображенной на рис.3.4 действительны те же соотношения соотношения для среднего напряжения на нагрузке Ud, тока через диоды Iа, коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке Kп.

Обратное напряжение прикладывается к двум непроводящим диодам на интервале проводимости двух других диодов (рис.3.5) , при этом оно создается напряжением вторичной обмотки трансформатора u2. Максимальное обратное напряжение определяется амплитудным значением напряжения u2:

oМаксимальное значение обратного напряжения на диодах равно максимальному напряжению на вторичной обмотке:

Uобрmax 2E2 2Ud .

oДействующее значение тока вторичной и первичной обмоток i1 или i2 (диода) трансформатора

где - коэффициент трансформации согласующего трансформатора. Тогда S1=S2=1.23 Pd, а отсюда

o Полная мощность трансформатора

oМаксимальное значение обратного напряжения на диодах равно напряжению на вторичной обмотке:

Uобрmax 2E2 2Ud .

Вывод:

Преимуществами мостовой схемы выпрямителя является:

-более простой трансформатор, содержащий только одну вторичную обмотку;

-меньшие обратные напряжения (при данном Ud), на которое следует выбирать диоды (в два раза меньшие чем в схеме с нулевым выводом).

-отсутствие постоянного тока подмагничивания трансформатора.

Недостатки схемы:

-большое число диодов,

-большая суммарная мощность потерь в диодах,

-увеличенное падение напряжения на диодах.

Преимущества этой схемы перекрывают ее недостатки, что обуславливает ее широкое применение на малой и средней мощностях нагрузки.

Лекция №4. Коммутация токов в выпрямителях

Явление коммутации.

Наличие потоков рассеивания в обмотках трансформатора приводит к тому, что продолжительность работы вентилей может оказаться больше продолжительности

22

положительных значений напряжений источника питания на цепи вентилей. Для выпрямителей при учете индуктивностей в анодных ветвях вентилей характерны интервалы работы, когда одновременно пропускают ток два смежных по фазе диода: в одном ток убывает, а в другом нарастает. Такие интервалы одновременной работы называется периодами коммутации, которые принято обозначать буквой (рис.4.3.).

4.1. Выпрямитель с нулевым выводом

Режим Ld , L 0, ra=0

Рассмотрим явление коммутации в однофазном выпрямителе с выводом нулевой точки трансформатора. Эквивалентная схема вентиля (схема замещения) изображена на рис.4.1,а

а)

б)

а) принципиальная схема; б)эквивалентная схема (для интервала 2).

Рис.4.1 Схемы выпрямителя с нулевым выводом трансформатора.

23

Эта схема соответствует выпрямителю большой мощности, активными сопротивлениями обмоток трансформатора которого можно пренебречь. В схеме учтены индуктивности рассеивания обмоток трансформатора ведением индуктивностей L , а также индуктивность сглаживающего реактора Ld и сопротивления нагрузки Rd. Для данной схемы можно выделить три характерных интервала за один период:

1.ток протекает только через диод VD2;

2.ток протекает одновременно через диоды VD1 и VD2;

3.ток протекает через диод VD1.

Для каждого из этих интервалов можно составить эквивалентную схему замещения. Рассмотрим электромагнитные процессы, происходящие в определенные интервалы.

Схема замещения для первого интервала имеет вид изображенный на рис.4.2.Эквивалентная схема для интервала 2 представлена на рис.4.1. Интервал 3 по существу не отличается по своему характеру от интервала 1.

Рис.4.2. Эквивалентная схема выпрямителя для интервала 1 (или 3).

По первому закону Кирхгофа, а также по второму, для внешнего контура, составляем дифференциальные уравнения, описывающие работу схему:

Упрощаем выражения (подставляем в первое уравнение второе), учитывая, что обмотки обладают одинаковой ЭДС E1m=E2m=Em

где uL - напряжение на индуктивности рассеяния на этапе коммутации.

интегрируя по времени и учитывая начальное условие ia1(0)=0, получим уравнение изменения тока ia1 на этапе коммутации

где X = L - реактивное сопротивление обмотки.

В конце этапа коммутации ток ia1=Id, поэтому уравнение, позволяющие рассчитать угол коммутации в зависимости от X и Id:

Em

Напряжение на нагрузке на этапе коммутации описывается вторым законом Киргхофа и с учетом предыдущих выражений:

ud (t) e1 uL 0 .

Таким образом оно уменьшается за время коммутации по сравнению с режимом работы выпрямителя без коммутации.

24

Временные диаграммы, описывающие работу выпрямителя с выводом нулевой точки трансформатора, приведены на рис.4.3.

Рис.4.3. Временные диаграммы выпрямленного напряжения однофазного выпрямителя с

нулевым проводом при L 0, Ld и временные диаграммы токов в обмотке трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе:

где Е2 – действующее значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора; Среднее значение потери выпрямленного напряжения обусловленного коммутацией (на интервале коммутации напряжение на нагрузке равно нулю):

25

Лекция №5. Трехфазные выпрямители с нулевым выводом.

Схема выпрямителя трехфазного питания применяется в основном для питания потребителей средней и большой мощности.

Первичная обмотка трансформаторов таких выпрямителей состоит из трех фаз и соединяется либо в звезду, либо в треугольник. Вторичная обмотка трансформатора (их может быть несколько), также трехфазная. С помощью специальных схем соединения вторичной обмотки и всего выпрямителя, можно получить выпрямленное напряжение с числом пульсаций за период mп, кратным трем. С возрастанием числа пульсаций в выпрямленном напряжении значительно сокращаются габаритные размеры сглаживающих элементов фильтров, либо вообще отпадает необходимость в них. Выпрямители трехфазного питания равномерно нагружают сеть трехфазного тока, и отличаются высоким коэффициентом использования трансформатора. Схемы выпрямителей трехфазного питания используются для питания статических нагрузок, активного и активно-индуктивного характера, статических нагрузок с противо-ЭДС, а так же динамических нагрузок в виде двигателей постоянного тока. Последний вид нагрузки следует рассматривать как противо-ЭДС с индуктивностью.

Составным элементом сложных схем выпрямителей трехфазного питания является простая трехфазная схема с нулевым выводом, предложенная Миткевичем.

Рис.5.1. Принципиальная схема трехфазного выпрямителя с нулевой точкой.

Принципиальная схема выпрямителя приведена на рис.5.1, эквивалентная схема на рис.5.2, временные диаграммы на рис.5.3.

Рис.5.2. Эквивалентная схема выпрямителя с нулевым выводом.

В схеме не учитываются индуктивности рассеяния в обмотках трансформатора.

29

Предполагается, что вентили и трансформатор идеальные. В идеализированной схеме коммутация осуществляется мгновенно, т.е. в любой момент времени ток пропускает только один вентиль, анод которого имеет более высокий потенциал. Продолжительность работы

каждого вентиля 2 . Для активной нагрузки выпрямленное напряжение и ток имеют

3

одинаковую форму и содержат трехкратные пульсации за период (рис.5.3).

30