- •Конспект лекцій
- •Конспект лекцій
- •0 Вступ
- •1 Однофазні та багатофазні випрямлячі
- •1.1 Функціональна схема пристрою випрямлення
- •1.2 Діоди випрямлення та їх характеристики
- •1.2.1 Статична характеристика діода
- •1.2.2 Інерційність діодів
- •1.2.3 Енергетичні характеристики діодів
- •1.2.4 Паралельне та послідовне з'єднання діодів
- •1.3 Схеми випрямлення та їх класифікація
- •1.4 Аналіз схем випрямляння при активному навантаженні
- •1.4.1 Однофазний однопівперіодний випрямляч
- •1.4.2 Однофазний двопівперіодний випрямляч
- •1.4.3 Багатофазний однопівперіодний випрямляч
- •1.4.4 Пульсації напруги випрямлячів
- •1.4.5 Мостовий однофазний випрямляч
- •1.4.6 Мостовий випрямляч для отримання різнополярних напруг
- •1.4.7 Багатофазний мостовий випрямляч
- •1.4.8 Основні характеристики випрямлячів
- •1.4.9 Характеристика навантаження випрямляча
- •1.5 Робота випрямляча на навантаження з ємнісною реакцією
- •1.6 Робота випрямляча на індуктивне навантаження
- •1.7 Помножувачі напруги
- •1.7.1 Необхідність множення напруги
- •1.7.2 Пристрій подвоєння напруги
- •1.7.3 Множення напруги у довільне число разів
- •1.7.4 Несиметричний помножувач напруги першого роду
- •1.7.5 Несиметричний помножувач напруги другого роду
- •1.8 Запитання тестового контролю
- •2 Згладжуючі фільтри
- •2.1 Загальні відомості про фільтри
- •2.2 Ємнісний фільтр
- •2.3 Індуктивний фільтр
- •2.4 Г-подібні індуктивно-ємнісний (lc) та активно-ємнісний (rc) фільтри
- •2.5 П-подібний фільтр
- •2.6 Загальні положення про фільтри
- •2.7 Транзисторні фільтри
- •2.8 Запитання тестового контролю
- •3 Безперервні стабілізатори постійної напруги та струму
- •3.1 Класифікація стабілізаторів
- •3.2 Основні характеристики стабілізаторів
- •3.3 Використання стабілітронів у стабілізаторах напруги
- •3.4 Однокаскадний стабілізатор на стабілітроні
- •3.4.1 Схема стабілізатора
- •3.4.2 Рівняння для вихідної напруги
- •3.4.3 Вихідний опір стабілізатора
- •3.4.4 Коефіцієнт стабілізації
- •3.4.5 Вплив нестабільності ерс стабілітрона на вихідну напругу псн
- •3.5 Графічний розрахунок режиму роботи псн
- •3.6 Стабілізатори напруги на стабілітронах
- •3.6.1 Параметричний каскадний стабілізатор напруги
- •3.6.2 Температурна компенсація у псн
- •3.6.3 Мостова схема псн
- •3.6.4 Параметричні стабілізатори з активними елементами
- •3.6.5 Порівняння схем псн
- •3.6.6 Порядок розрахунку псн
- •3.7 Компенсаційні стабілізатори постійної напруги з неперервним регулюванням
- •3.7.1 Загальні відомості про компенсаційні стабілізатори
- •3.7.2 Послідовний та паралельний компенсаційні стабілізатори
- •3.8 Однотранзисторний послідовний стабілізатор
- •3.9 Ксн з підсилювачем у колі зворотного зв'язку
- •3.10 Складені транзистори в компенсаційних стабілізаторах
- •3.11 Прямі зв’язки в компенсаційних стабілізаторах
- •3.12 Елементи захисту у стабілізаторах
- •3.13 Низьковольтні компенсаційні стабілізатори
- •3.14 Інтегральні стабілізатори напруги
- •3.14.1 Причини використання мікросхем у стабілізаторах
- •3.14.2 Інтегральна мікросхема к142ен1
- •3.14.3 Інтегральні мікросхеми 142ен3 – 142ен9
- •3.14.4 Увімкнення імс стабілізаторів фіксованої напруги
- •3.15 Загальні зауваження щодо компенсаційних стабілізаторів
- •3.16 Імс безпосереднього перетворення змінної напруги у постійну
- •3.17 Напрямки розвитку компенсаційних стабілізаторів напруги
- •3.18 Запитання тестового контролю
- •4 Імпульсні стабілізатори постійної напруги
- •4.1 Принцип роботи імпульсного стабілізатора
- •4.2 Системи імпульсної стабілізації напруги
- •4.3 Функціональні схеми імпульсних стабілізаторів постійної напруги
- •4.3.1 Імпульсний послідовний стабілізатор
- •4.3.2 Імпульсний інвертуючий стабілізатор
- •4.3.3 Імпульсний паралельний стабілізатор
- •4.4 Особливості силових ланцюгів імпульсних стабілізаторів
- •4.5 Структурна схема ланцюга керування стабілізатора з шім
- •4.6 Імпульсний стабілізатор з шім
- •4.7 Релейний імпульсний стабілізатор
- •4.8 Стабілізатор з шім на імс к142еп1
- •4.9 Запитання тестового контролю
- •5 Інвертори та перетворювачі
- •5.1 Терміни, визначення, класифікація
- •5.2 Двотактні перетворювачі
- •5.2.1 Двотактний перетворювач напруги (дпн) з середньою точкою
- •5.2.2 Мостовий та напівмостовий дпн
- •5.2.3 Аналіз двотактних перетворювачів напруги
- •5.3 Двотактний перетворювач напруги з самозбудженням
- •5.4 Однотактні перетворювачі напруги
- •5.4.1 Однотактний перетворювач напруги з прямим увімкненням діода випрямлення (опнп)
- •5.4.2 Однотактний перетворювач напруги зі зворотним увімкненням діода випрямлення (опнз)
- •5.5 Порівняльний аналіз двотактних та однотактних перетворювачів
- •5.6 Резонансні перетворювачі
- •5.6.1 Причини розробки резонансних перетворювачів
- •5.6.2 Мостовий резонансний перетворювач з послідовним контуром
- •5.6.3 Резонансні перетворювачі з односпрямованою передачею енергії
- •5.6.4 Резонансний однотактний перетворювач напруги з прямим увімкненням діода
- •5.7 Перетворювачі з п’єзотрансформаторами
- •5.8 Високочастотні перетворювачі модульної структури
- •5.9 Функціональна схема імпульсного джерела електроживлення
- •5.10 Безперебійні джерела живлення
- •5.11 Узагальнення правил побудови джерел вторинного живлення
- •5.12 Запитання тестового контролю
- •6 Трансформатори і дроселі
- •6.1 Основні відомості
- •6.2 Гістерезис у магнітних ланцюгах
- •6.3 Втрати в магнітопроводах
- •6.4 Дроселі з однорідним феромагнітним осердям
- •6.5 Дроселі з неоднорідними магнітопроводами
- •6.6 Трансформатори
- •6.6.1 Будова трансформаторів
- •6.6.2 Робота трансформатора
- •6.6.3 Проектування трансформатора
- •6.7 Автотрансформатори
- •6.8 Магнітні підсилювачі
- •6.9 Параметричні стабілізатори змінної напруги
- •6.9.1 Дросельний стабілізатор напруги
- •6.9.2 Параметричний стабілізатор з коливальним контуром
- •7 Електромеханічні пристрої та джерела первинної електроенергії
- •7.1 Електромеханічні пристрої
- •7.2 Первинні джерела електричної енергії
- •Глосарій
- •Перелік посилань
1.4.7 Багатофазний мостовий випрямляч
Принцип роботи багатофазного мостового випрямляча розглянемо на прикладі трифазного мостового випрямляча, схема якого наведена на рисунку 1.18, її називають ще схемою Ларіонова. Число фаз випрямлення для випрямляча [3, 4].
Рисунок 1.18 – Схема принципова трифазного мостового випрямляча
У будь-який момент часу у пристрої відкритий один з діодів VD2, або VD4, або VD6, а саме той, анод якого має найбільший потенціал, і один з діодів VD1, або VD3, або VD5. Струм протікає від однієї фази до іншої по одному з ланцюгів: VD2, Rн, VD3; VD2, Rн, VD5; VD4, Rн, VD1; VD4, Rн, VD5; VD6, Rн, VD1; VD6, Rн, VD5. Комбінації відкритих пар діодів міняються через інтервал .
Коефіцієнт пульсацій напруги по першій гармоніці випрямленої напруги дорівнює:
. (1.14)
1.4.8 Основні характеристики випрямлячів
Основні характеристики випрямлячів при активному навантаженні, більшість яких наводиться у цьому розділі, наведені у таблиці 1.3 [4].
Таблиця 1.3 – Основні параметри випрямлячів
Схема випрямлення |
|
|
| |
Однопів-періодна |
Однофазна |
1,57 |
0,45 |
3,14 |
Двофазна |
0,67 |
0,9 |
3,14 | |
Трифазна |
0,25 |
1,17 |
2,1 | |
Двопів-періодна |
Однофазна мостова |
0,67 |
0,9 |
1,57 |
Трифазна мостова |
0,057 |
1,35 |
1,05 |
1.4.9 Характеристика навантаження випрямляча
При аналізі випрямлячів ми вважали, що діоди та трансформатори є ідеальними і їх внутрішні опори дорівнюють нулю. Реально це не так, і при збільшенні струму навантаження збільшується падіння напруги на внутрішніх опорах. В режимі холостого ходу вихідна напруга максимальна і дорівнює . При протіканні через навантаження струму, напруга дорівнює:
, (1.15)
де – активний опір обмотки трансформатора;
–диференціальний опір діода;
k – кількість діодів, через які протікає струм навантаження .
Графічно характеристика навантаження, яка визначається виразом (1.15), зображена на рисунку 1.19 [4, 7].
Рисунок 1.19 – Характеристика навантаження випрямляча
1.5 Робота випрямляча на навантаження з ємнісною реакцією
Розглянуті нерегульовані випрямлячі працюють на активне навантаження. Наявність нелінійних елементів ускладнює їх аналіз, тому нами використана ідеальна модель діода. Ще більш складні процеси протікають у випрямлячах при реактивному навантаженні.
Особливість таких режимів роботи полягає у тому, що в інтервали часу, коли діоди відкриті, в індуктивності накопичується магнітна, а в ємності – електрична енергія. При закритому діоді енергія надходить до навантаження. Коротко аналіз роботи випрямлячів на ємнісне та індуктивне навантаження буде проведений у підрозділах 1.5 і 1.6.
Режим роботи з ємнісним навантаженням має місце тоді, коли паралельно активному навантаженню з метою зменшення пульсацій або за інших причин вмикають конденсатор. Проведемо аналіз роботи однопівперіодного випрямляча з навантаженням ємнісного характеру (рисунок 1.20). Часові діаграми його роботи наведено на рисунку 1.21 [3, 4, 7].
Рисунок 1.20 – Схема однопівперіодного випрямляча з RC-навантаженням
При позитивній напівхвилі напруги у часовому інтерваліt1...t2 діод VD1 відкритий. По мірі зростання напруги конденсатор С заряджається. При цьому частина струму діода протікає і через навантаження.
Постійна часу заряду конденсатора дорівнює:
,
де – внутрішні опори діода та трансформатора.
Сума опорів є достатньо малою і діод може зазнавати перевантаження за струмом. Щоб цього не сталося, часто послідовно з діодом вмикають резистор з невеликим опором.
У момент часу t2 напруга на конденсаторі стає рівною вхідній напрузі , і далі в інтерваліt2 ... t3 конденсатор розряджається з постійною часу . Накопичений конденсатором заряд підтримує вихідну напругу.
Струм через діод при ємнісному навантаженні протікає на протязі часу, меншого, ніж половина періоду вхідної напруги. Вентиль працює з відсічкою. Кут відсічки являє собою добуток частоти на половину часу, на протязі якого через вентиль протікає струм:
, (1.16)
де – кругова частота струму мережі.
Рисунок 1.21 – Часові діаграми роботи пристрою,
схема якого зображена на рисунку 1.20
При зменшенні навантаження кут відсічки зменшується, а напруга на навантаженні збільшується і наближається до амплітудного значення напруги вторинної обмотки.
В практичних умовах, коли конденсатор виконує роль фільтра згладжування пульсацій, його ємність вибирають з умови:
. (1.17)
При цьому виконується нерівність .
Враховуючи, що вторинна обмотка трансформатора, вентиль та конденсатор увімкнені послідовно і при від’ємній півхвилі напруги вторинної обмотки та конденсатора додаються, то діод у такій схемі слід вибирати зі зворотною напругою, що дорівнює:
.
При використанні m-фазного випрямляча кожна із фаз працює так, як в однофазному, і кількість циклів заряду і розряду конденсатора за один період складає m, а кут відсічки
.
На основі аналізу роботи різних пристроїв випрямлення на ємнісне навантаження, в літературних джерелах [3, 4] зроблено наступні висновки:
в таких пристроях значно зменшується напруга пульсацій порівняно з роботою на активне навантаження;
зменшується час протікання струму через вентилі;
гірше використовується трансформатор;
величина випрямленої напруги суттєво залежить від струму навантаження. Залежність тим більша, чим менша ємність конденсатора.
Ємнісне навантаження має місце при живленні споживачів малої потужності, які працюють при незмінному чи мало змінному навантаженні.