1.1.Однофазные неуправляемые выпрямители

Однофазные выпрямители на большие мощности применяются на железнодорожном транспорте, электрифицированном на переменном токе. Их используют также в некоторых видах сварочных устройств, электровибраторах и т.д.

А) Однофазная однополупериодная схема выпрямления

На рис. 1.2 приведена схема и диаграмма однополупериодного выпрямителя при чисто активной нагрузке.

Рис 1.2. Схема (а) и линейные диаграммы (б) для однофазного выпрямителя

Расчет схемы следует начинать с установления связи между выпрямленным напряжением и переменным напряжением вторичной обмотки трансформатора. Среднее значение выпрямленного напряжения за период равно постоянной составляющей этого напряжения и определяется интегрированием переменного напряжения в пределах полупериода, поскольку мгновенное значение выпрямленного напряжения за второй период равно нулю

(1.1)

откуда

(1.2)

Среднее значение тока через вентиль

(1.3)

Максимальное значение этого тока

Iamax = Idmax=. (1.4)

Обратное напряжение, воспринимаемое вентилем, характеризуется кривой обратной полярности напряжения на вентиле

. (1.5)

По найденным значениям Ia, Iamax и Ubmax может быть на основе каталожных данных выбран требуемый вентиль.

Расчет параметров обмоток трансформатора

Действующее значение напряжения вторичной обмотки при заданном Ud определяется из формулы (1.2). Действующее значение тока этой обмотки определяется по выражению

. (1.6)

Заметное превышение действующего значения тока над средним является характерным для вентильных схем. Кривая первичного тока I₁, построенная вместе с кривой первичного напряжения U₁ на рис. 1.2 (в предположении, что коэффициент трансформации k=1), с первого взгляда мало напоминает кривую вторичного тока I₂. В то время как ток I₂ содержит только положительные значения, ток I₁ имеет и положительные и отрицательные значения. При пренебрежении намагничивающим током, в установившемся режиме, кривая тока I₁ отличается от тока I₂ только своим положением по отношению оси абсцисс. Из этого следует, что кривая I₁ смещена по отношению к этой оси на величину постоянной составляющей, равной среднему значению выпрямленного тока Id.

Это значит, что нагрузочная составляющая в кривой первичного тока I₁ отличается от кривой тока I₂ только постоянной составляющей Id, которая при трансформации первичного тока исключается.

Величина постоянной составляющей, в соответствии с формулой (1.6), определяется из равенства

. (1.7)

Отличие первичного тока от вторичного на величину постоянной составляющей при учете коэффициента трансформации приводит к равенству

. (1.8)

Ток холостого хода может получаться значительным в силу наличия постоянной составляющей магнитного потока.

Действующее значение первичного тока без учета тока холостого хода

. (1.9)

Определив токи первичной и вторичной обмоток и зная их напряжения, можно найти расчетные мощности обмоток трансформатора по условиям теплового режима.

Расчетная мощность вторичной обмотки

. (1.10)

Расчетная мощность первичной обмотки без учета повышенного значения тока холостого хода

. (1.11)

При учете повышения первичного тока за счет тока намагничивания Р1 может достигнуть значения Р1 (4 –5)Pd .

Среднеарифметическая сумма из Р1 и Р2 дает расчетную или типовую мощность трансформатора

. (1.12)

При повышенных значениях тока холостого хода Рт может достигнуть значения 4Pd.

Множители при Pd показывают во сколько раз могла бы быть увеличена пропускаемая мощность через трансформатор при работе его на активное сопротивление при чисто переменном токе.

Относительно большой вес трансформатора, плохое использование в нем стали и меди, а так же большие пульсации тока являются неблагоприятными показателями для схемы однополупериодного выпрямителя. Однако, рассмотренная теория является основной для построения многофазных схем выпрямителя.