13 Внешняя характеристика выпрямителя

№13 Внешняя характеристика выпрямителя

ЭТО зависимость средневыпрямленного напряжения от изменения тока  нагрузки. Схема замещения выпрямителя в цепи постоянного тока имеет вид:

U_0хх – максимальный уровень напряжения на “холостом ходу” неуправляемого выпрямителя без учета противо- ЭДС (U_пор), т.е. , где

;    N_д – число одновременно коммутируемых элементов (в однополупериодной схеме N_д=1, в двухполупериодной N_д=2);

R_кз – потери в обмотке трансформатора, определяемые из опыта “короткого замыкания”;

R_д – динамическое сопротивление диода;

R_ф – активные потери в дросселе сглаживающего фильтра.

         Уравнение для определения среднего напряжения на выходе нагруженного выпрямителя имеет вид:

, где .

         На рисунке представлена внешняя характеристика выпрямителя.

 

Напряжение в точке “а” характеристики определяется из выражения , где 

N_с – нестабильность входного напряжения (относительные единицы),

U_2ном – номинальное значение напряжения во вторичной цепи трансформатора.

Напряжение в точке “б” характеристики равно 

Под семейством внешних характеристик понимается построение U₀=f(I₀) с учетом отклонения напряжения сети и в диапазоне тока (I_0max…I_0min).

При построении регулировочной характеристики в управляемом выпрямителе учитываются значения напряжения в точках “а” и “б” и диапазон отклонения напряжения от номинального (N_С).

Регулировочная управляемого выпрямителя

Регулировочная харктеристика управляемого выпрямителя - это зависимость средневыпрямленного значения напряжения U_0a от угла регулирования a . При возрастании входного напряжения U₁ или уменьшении тока нагрузки увеличивают угол регулирования a для поддержания постоянства напряжения в нагрузке U_0a в заданных пределах.

Диапазон регулирования в управляемых выпрямителях определяется следующими параметрами:

• нестабильностью входного напряжения U₁;

• диапазоном тока нагрузки (I_0min; I_0max);

• характером нагрузки (активная, активно- индуктивная нагрузка);

• допустимым минимальным значением угла регулирования, который зависит от дрейфа фазного напряжения, инерционности системы управления, динамических параметров тиристоров;

• температурной зависимостью параметров полупроводников.

Найдем выражение для средневыпрямленного напряжения при активной нагрузке в зависимости от угла включения тиристора α :

При активно- индуктивной нагрузке:

При индуктивной нагрузке в симметричной схеме выпрямителя диапазон изменения угла регулирования уменьшается в два раза. Графическая зависимость 2 (см. рисунок ниже) соответствует “прерывистому” режиму тока дросселя (из-за малой величины тока нагрузки или малой индуктивности фильтра). Величина энергии, накапливаемой в дросселе равна W_ЭЛ = (LЧ I _L ²)/2. Ток в цепи выпрямителя спадает до нуля раньше, чем приходит управляющий импульс на тиристоры, что уменьшает интервал воздействия отрицательного напряжения на нагрузку. Следовательно, увеличится уровень средневыпрямленного значения напряжения.

Графическая зависимость 1 соответствует непрерывному режиму тока дросселя. Величина индуктивности дросселя должна быть достаточно большой, чтобы во всем диапазоне изменения тока нагрузки обеспечивался непрерывный режим его протекания.

При проектировании управляемого выпрямителя рассчитывается диапазон изменения угла регулирования [a max; a min].

Максимальный угол регулирования (a _max) определяется для регулировочной характеристики при максимальном отклонении входного напряжения при заданном уровне выходного напряжения. Необходимо учитывать потери напряжения на токораспределительной сети и на внутреннем сопротивлении выпрямителя. Минимальный угол регулирования (a _min) должен учитывать “дрейф” фазы в силовой цепи и системе управления. Он определяется при минимальном уровне входного напряжения.

№14

Сопротивление идеального ключа в запертом состоянии равняется нулю. Следовательно, на нем нет падения напряжения и при любом токе потери мощности равны нулю. В разомкнутом состоянии сопротивление идеального ключа  бесконечно. Следовательно, ток через ключ не протекает и потери мощности также равны нулю. Переход идеального ключа из замкнутого состояния в разомкнутое и наоборот происходит мгновенно (tперек.= 0). и потери мощности также отсутствуют. В реальных силовых устройствах используют силовые полупроводниковые приборы, которые работают в ключевом режиме. Эти приборы не являются идеальными ключами, поскольку имеют конечное значение сопротивления, как во включенном состоянии, так и в отключенном состоянии. Кроме того, переход с одного состояния в другое происходит также за конечное время. Поэтому КПД силовых электронных устройств всегда меньше, чем 100%, тем не менее, достаточно высокий и, как правило, превышает (85-90)%. 

№15

№16

Работа выпрямителя на нагрузку с противо-ЭДС. Такой вид нагрузки встречается при питании от выпрямителей аккумуляторов, электродвигателей, мощных конденсаторов и др. Особенность работы выпрямителя в этом случае состоит в том, что такого рода потребители имеют собственную ЭДС , которая направлена навстречу напряжению  выпрямителя.

На рис. 2.17,а представлена схема однофазного двух по л упер йодного выпрямителя, который нагружен на якорь двигателя постоянного тока с противо-ЭДС Еа. Рассмотрим работу схемы без индуктивности Ld (ключ К замкнут). Ток через вентили схемы может проходить лишь в те положительные части периодов, когда выпрямленное напряжение  будет больше. Например, вентиль V1 откроется в момент  и закроется в момент  (рис. 29,6), вентиль V2 вступит в работу в следующий полупериод и будет проводить ток в интервале времени . Кривая выпрямленного тока id имеет прерывистый (импульсный) характер, а значение его можно выразить следующей формулой, приняв за начало отсчета максимум выпрямленного напряжения:

(2.52)

где сопротивление  в данном случае равно сумме сопротивлений  и Rт.

Очевидно, что интервал проводимости вентилей  будет зависеть от соотношения амплитуды напряжения вторичной обмотки трансформатора  и значения .

С ростом Еа пульсации тока  вырастают, так как уменьшается длительность  работы вентилей в течение каждого полупериода (рис. 2.17,г). Это приводит к тому, что при равных средних значениях токов  протекающих через вентиль,отношения  и  возрастают, что свидетельствует об ухудшении использования вентилей по току и увеличении тепловых потерь в обмотках трансформатора с ростом Еа.

Чтобы выпрямленный ток был непрерывным, необходимо включать в цепь нагрузки индуктивность L d (ключ К на рис. 2.18,a разомкнут), которая соответствует неравенству , и среднее значение выпрямленного напряжения  должно быть больше противо-ЭДС Еа.

При выполнении первого условия мгновенное и среднее значения выпрямленного тока совпадают (), a переменная составляющая выпрямленного напряжения выделяется в виде падения напряжения на дросселе Ld. Если не выполнить второго условия, то ток   станет прерывистым даже при большой индуктивности дросселя ; так как тиристоры будут проводить ток только при условии .

Таким образом, при включении в цепь нагрузки индуктивности  пульсация выпрямленного тока уменьшается и при становится равной нулю (вся пульсация напряжения  оказывается приложенной к индуктивности ). В этом случае среднее значение выпрямленного тока определяется соотношением

Рис. 2.17. Работа неуправляемого однофазного выпрямителя на противо-ЭДС: д _ cxewa включения; б—г — кривые напряжений и токов на элементах

(2.53)

При известных средних значениях выпрямленного тока  и напряжения Ud параметры вентилей и Uo6pmax, трансформатора  для различных схем выпрямителей, работающих на нагрузку с противс-ЭДС при непрерывном токе, определяются такими же соотношениями, как и в ранее разобранных случаях работы выпрямителей на активно-индуктивную нагрузку.

Работа на емкостную нагрузку

№17

Электрический фильтр – это четырехполюсник, пропускающий из входной цепи в выходную определенныйдиапазон частот сигналов в виде напряжения или тока.

Электрические фильтры используются в системах многоканальной связи, радиоустройствах, устройствах автоматики, телемеханики, радиоизмерительной техники и так далее, везде, где передаются электрические сигналы при наличии помех и шумов (помехоподавляющие электрические фильтры), отличающихся по частотному составу от полезных сигналов. Их относят к помехоподавляющим электрическим фильтрам. Помехоподавляющие фильтры в последнее время получают все более широкое применение. Они являются важными элементами современных компьютерных систем, входят составной частью в аппаратуру связи и телекоммуникации.

Принципиальные схемы некоторых электрических фильтров на катушках индуктивности,конденсаторах и резисторах — нижних частот (а), верхних частот (б), полосно-пропускающего (в), полосно-задерживающего (г) и их частотные характеристики (соответственно д, е, ж, з): L1, L2,..., Ln — катушкииндуктивности; C1, С2 ,...,Сп — конденсаторы; R1, R2, Rn — резисторы; f — частота; fн, fв — граничныечастоты.

№18

Входные фильтры служат для уменьшения вредного влияния преобра-

зователей на питающую сеть. Кроме того, они защищают преобразователь

от электромагнитных помех, передающихся из сети. Их часто называют се-

тевыми фильтрами.