Вопрос № 25

Нарисовать и описать работу однополупериодной и двухполупериодной схем выпрямления переменного тока. Дать диаграммы выходного напряжения и пояснить роль сглаживающего ёмкостного фильтра.

Ответ: Рассмотрим работу схемы однополупериодного выпрямления, когда нагрузкаR_Ншун-

тирована ёмкостью С. В соответствии с ВАХ диод закрыт

и сопротивление его теоретически равно бесконечности,

когда напряжение на нем u_д отрицательно. Диод открыва-

ется в момент wt₁, когда напряжение на нем u_д = е(t) – u_C, увеличиваясь, становится равным нулю. Как только диод откроется, напряжение на ёмкости становится равным э.д.с.: u_C = Е_т sin wt₁, ток через ёмкость станет изменяться по закону (пунктир рис. 2а), а ток через нагрузку по закону (пунктир с точкой рис. 2а). Ток через диод (рис. 2б) в моментстановится равным нулю и диод

закрывается; ;; (R=R_Н).

В интервале от доёмкость разряжается наR_Н (рис.2в) и напряжение на ней

изменяется во времени по показательному закону ,

В следующий период процесс повторяется. Чем больше величина RC по сравнению с перио-

дом ,тем меньше пульсация напряжения на нагрузке R_Н.

wt₁

e(t)

i₁

wt₂

wt

Рис. 2а

i₂

e(t)

wt

wt₁

wt₂

Рис. 2б

U_C

Рис. 2в

wt

wt₁

wt₂

Простейшая мостовая схема однофазного двухполупериодного выпрямления представлена

на рис. № 2 Она состоит из четырех полупровод-

никовых диодов, источника напряжения и нагруз-

ки. Рассмотрим работу схемы двухполу период-

ного выпрямления. Источник э.д.с. включен в од-

ну диагональ этой схемы, а нагрузка в другую.

Диоды работают попарно. В первый полупериод,

когда э.д.с. е (t) действует согласно с положительным направлением напряжения на диодах 1 и 3, эти диоды проводят ток, а диоды 2 и 4 тока не проводят. Во второй полупериод, когда э.д.с. е(t) изменит знак и действует согласно с положительным направлением напряжения на диодах 2 и 4, ток проводят диоды 2 и 4, а диоды 1 и 3 тока не проводят. Направление про-хождения тока через нагрузку показано стрелкой. Ток через нагрузку протекает всё время в одном и том же направлении. Форма напряжения на нагрузке показана кривой на рис. №3. Через U₀ обозначено среднее значение напряжения на нагрузке. Конденсатор С предназначен для уменьшения пульсации напряжения на нагрузке №3.

U₀

Рис. №3

Вопрос № 80

Указать основные элементы и характеристики вентильного разрядника. Привести вольт-ам-перную характеристику (ВАХ) рабочего сопротивления разрядника и объяснить физическую природу нелинейности ВАХ. Какие материалы применяются для рабочих сопротивлений ? На какие предельные импульсные токи должно быть рассчитано рабочее сопротивление ?

Ответ:

Вентильные разрядники являются основными аппаратами защиты подстанционного обору-дования от набегающих по линии волн атмосферных перенапряжений.

Основными элементами вентильного разрядника являются многократный искровой проме

жуток и соединенный последовательно с ним резистор с нелинейной вольт-амперной харак-теристикой. При воздействии на разрядник импульса грозового перенапряжения пробивает-ся искровой промежуток и через разрядник проходит импульсный ток, создающий падение

напряжения на сопротивлении разрядника. Благодаря нелинейной вольт-амперной характе-

ристике материала, из которого выполнено сопротивление, это напряжение мало меняется

при существенном изменении импульсного тока и незначительно отличается от импульсного пробивного напряжения искрового промежутка разрядника U_{ПР. И.}. Одной из основных ха-рактеристик разрядника является остающееся напряжение разрядника U_ОСТ, который на-зывается током координации. После окончания процесса ограничения перенапряжения через разрядник продолжает проходить ток, определяемый рабочим напряжением промышленной частоты который называется сопровождающим током. Сопротивление нелинейного резис-тора разрядника резко возрастает при малых по сравнению с перенапряжениями рабочих на-пряжениях, сопровождающий ток существенно ограничивается, и при переходе тока через нулевое значение дуга в искровом промежутке гаснет. Наибольшее напряжение промыш-ленной частоты на вентильном разряднике, при котором надежно обрывается проходящий через него сопровождающий ток, называется - напряжением гашения U_ГАШ., а соответст-вующий ток – током гашения I_ГАШ. Гашение дуги сопровождающего тока должно осуще-ствляться в условиях однофазного замыкания на землю, так как во время одной и той грозы могут произойти перекрытия изоляции на одной фазе и срабатывание разрядника в двух других фазах. Таким образом, напряжение гашения должно быть равным напряжению

на неповрежденных фазах при однофазном замыкании на землю:

,

где коэффициент, зависящий от способа заземления нейтрали;

U_НОМ. – Номинальное линейное напряжение;

Эффективность действия разрядника характеризуется защитными отношениями:

;

где пробивное напряжение искрового промежутка разрядника при 50 Гц.

U

I

I_М

U_гаш

Iгаш_1,2

U_гаш 3

1

3

2

Рис. № 1

1 и 2 - разные степени нелинейности; 1 и 3 разные токи гашения.

На рисунке №1 показаны вольт-амперные характеристики (ВАХ) вентильного разрядника и пути уменьшения остающегося напряжения.

Основу нелинейности резистора разрядника составляет порошок электротехнического кар-борунда SiC. На поверхности зерен карборунда имеется запорный слой толщиной порядка

100 мкм из окиси кремния SiО₂ . Удельное сопротивление около 10^-2 Ом х м . Сопротивле-

ние запорного слоя нелинейно зависит от напряжённости электрического поля. При малых