Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

KonspektElektrotekhnika_i_elektronika

.pdf
Скачиваний:
34
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
6.68 Mб
Скачать

Электротехника и электроника

и s = sкр (n=nкр) и неустойчивую часть, заключенную между s = sкр (n =·nкр) и s=1 (n= 0), где sкр - критическое скольжение, соответствующее максимальному мо- менту, nкр= (1 - sкрn0 критическая скорость вращения. Так как максимальный вращающий момент является границей между устойчивым и неустойчивым режимами работы двигателя, он называется опрокидывающим моментом.

 

s

n

 

 

 

n

 

 

 

 

 

0

n0

 

 

 

n0

 

 

 

 

 

 

sном

nном

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

s

n

 

 

 

ном

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

M

M

M

0

 

 

 

 

 

I1

 

 

M

I

10

I

 

I

1пуск

 

 

 

1ном

 

 

ном

пуск

max

 

 

 

 

 

 

а)

 

 

Рис. 5.26

 

 

 

б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чтобы определить условия максимума момента, возьмем первую произ- водную выражения вращающего момента по скольжению и приравняем ее ну-

лю

dM

= 0 . Получаем критическое скольжение s

kр

=

r2

. Подставив это зна-

 

 

 

ds

 

X 20

 

 

 

 

 

чение в уравнение момента, получим выражение максимального момента:

 

U

2

 

1

 

M max = CM

 

 

.

2 X

20

 

 

 

На устойчивой части характеристики изменения нагрузки вызывают лишь небольшое изменение скорости вращения: если двигатель разгружаем - его ско- рость растет, если двигатель нагружаем - его скорость снижается.

Когда нагрузка превосходит максимальный момент Мmax двигатель оказы- вается в области неустойчивого режима и останавливается. Он потребляет ток, равный начальному пусковому току I1пуск = (5...7)·I1ном. Этот ток может повре- дить двигатель, если защитные аппараты не отключат питание. В каталогах

I

указывается кратность пускового тока kI = 1пуск . Остановка может произойти

I1ном

также в связи с понижением напряжения питания, так как вращающий момент пропорционален квадрату напряжения М ~ U12.

Максимальный момент определяет перегрузочную способность асинхрон-

ного двигателя (кратность максимального момента) λ

M

=

M max

1,8 ... 2,6.

M ном

 

 

 

 

 

 

 

На практике обычно пользуются упрощенным уравнением механической характеристики, с помощью которого можно произвести необходимые расчеты

ипостроения, используя только каталожные данные (формула Клосса):

-90 -

M = 2. Определить максималь-

5. Электрические машины. Асинхронный двигатель

M =

2M max

 

.

s

+

sкр

 

 

 

 

 

sкр

s

 

 

 

 

 

 

Решая уравнение относительно sкр, для номинальных значений Мном и sном получим:

sкр = sном (λM + λ2M 1) .

Если в уравнение вращающего момента подставить s = 1, то мы получим значение начального пускового момента Мпуск, то есть момента, развиваемого двигателем при трогании. В каталогах указывается кратность пускового момен-

та kп

=

Мпуск

1,1...1,8. Таким образом, при большом пусковом токе двигатель

 

 

М

ном

 

 

 

развивает небольшой вращающий момент.

Пример 5.12. Трехфазный короткозамкнутый АД имеет данные:

Р2ном = 20 кВт, Uном = 380 В, nном = 980 об/мин, λ

ный вращающий момент на валу двигателя. Решение. Номинальный вращающий момент:

Мном = 9550 Р2ном = 9550 20 =195Нм. nном 980

Максимальный вращающий момент Мmax = λМ Мном = 390 Нм.

Пример 5.13. Трехфазный АД имеет следующие данные: Р2ном = 37 кВт,

nном = 1475 об/хв, /Y, Uл: 380/660 В, Іл: 71/44 А, kп = 1,4; λ M = 2,2; kI = 7. Опреде-

лить запустится ли двигатель при моменте сопротивления на его валу? Решение. Номинальный вращающий момент:

Мном

= 9550

Р2ном

= 9550

 

37

= 240 Нм.

 

 

 

 

nном

1475

Начальный пусковой момент Мпуск = Мном·kп = 240·2,2= 528 Нм.

Так как Мс =300 Нм, то Мпуск > Мс. Делаем вывод - двигатель запустится.

5.3.10. Свойство саморегулирования

Согласно уравнению движения M М =

J

 

dn

при увеличении механи-

 

 

с

9,55 dt

ческой нагрузки асинхронного двигателя момент сопротивления на валу стано- вится больше вращающего: М Мс < 0 - двигатель замедляет ход (dn / dt < 0),

скольжение s =

n0 n

возрастает. Увеличение скольжения вызывает возраста-

n0

 

 

 

 

 

ние ЭДС E2= E20·s и токов в роторе I 2

=

E2

, благодаря чему увеличивается

Z 2

 

 

 

 

 

вращающий момент и восстанавливается динамическое равновесие вращающе- го момента и момента сопротивления М = Мс при понизившейся скорости.

- 91 -

Электротехника и электроника

При уменьшении нагрузки нарушается механическое равновесие вращаю- щего и тормозящего моментов: М Мс > 0, скорость вращения ротора n возрас- тает. При этом скорость движения ротора относительно магнитного поля ∆n=n0- n и скольжение s уменьшаются. Одновременно уменьшаются индукти- рованный ток и создаваемый им вращающий момент. Механическое равновесие М = Мс восстанавливается при возросшей скорости.

Вывод: при изменении нагрузки в АД обеспечивается необходимый вра- щающий момент равный моменту сопротивления на валу ротора М = Мс.

5.3.11. Динамическое торможение АД

В ряде случаев необходимо быстро затормозить асинхронный двигатель. С

этой целью применяют динамическое торможение, для осуществления кото-

 

3~

 

 

 

рого необходимо отключить

 

 

 

 

двигатель от сети переменно-

A

B

C

 

 

Q2

 

го тока и подключить к ис-

Q1

 

 

 

 

 

+

 

точнику

постоянного тока

 

 

 

 

U1

V1 W1

-

 

(рис. 5.27). Дополнительный

 

резистор Rдт ограничивает по-

 

N

R

 

F

 

 

стоянный ток в цепи.

 

дт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e2,i2

 

U1

 

Постоянный ток создает

 

 

 

неподвижное магнитное поле

n

 

 

 

 

B

 

 

 

(полюса N S). Проводники

 

 

 

 

ротора пересекают магнитное

Mт

 

 

 

 

S

F

 

V1

поле. Согласно закону элек-

 

W1

 

тромагнитной индукции в них

 

 

+ I

I

-

наводится ЭДС e2 и возникает

 

 

Рис. 5.27

 

 

ток i2.

При взаимодействии

 

 

 

 

тока ротора с полем машины

 

 

 

 

 

создаются электромагнитные силы FF и тормозной момент Мт, направленный против движения.

5.3.12. Паспортные данные АД

Щиток асинхронного двигателя содержит следующие данные:

-наименование изготовителя; тип машины; заводской номер; число полю- сов; число фаз; частота (в герцах) [Гц];

-номинальная полезная мощность P2ном [kВт];

-напряжение линейное номинальное Uном [В] для схем соединения «» и «Y» обмотки статора;

-ток при номинальной мощности Iном [A] для схем «» и «Y»;

-коэффициент мощности при номинальной мощности cos φном;

-скорость вращения c номинальной мощностью, nном [об/мин];

-КПД для номинальной нагрузки ηном [%].

По этим данным можно определить потребляемую двигателем из сети

 

=

 

P

 

=

P

= 3U ном Iном ; реак-

мощность: активную P

 

 

2ном

;

полную S

1ном

η

 

cosϕ ном

1ном

 

ном

1ном

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 92 -

5. Электрические машины. Асинхронный двигатель

 

 

 

 

 

 

 

 

тивную Q

= S 2

P2

; а также потери мощности ∆Р= Р1ном Р2ном и но-

1ном

 

1ном 1ном

 

 

 

 

минальный вращающий момент на валу Мном

= 9550

Р2ном

(P2ном в [kВт]).

 

 

 

 

 

 

nном

Используя каталожные данные, можно построить механическую характе- ристику двигателя n(М) или s(M) по четырем точкам, которые соответствуют:

а) идеальному холостому ходу: n= n0, s= 0, M= 0;

n n

б) номинальному режиму работы: n= nном, s = sном = 0 ном , M= Мном; n0

в) максимальному моменту: n= nкр, s= sкр, M= Мmax. Мmax = λM Мном ;

г) начальному пусковому моменту: n= 0, s= 1, M= Мпуск. Мпуск = kп Мном .

Пример 5.14. Определить полную номинальную мощность потребляемую АД, если Мном = 191 Нм, nном = 1400 об/хв., η ном = 0,94, cos ϕ ном = 0,8.

Решение. Полезная номинальная мощность:

P

=

Мном nном

=

191 1400

= 28 кВт.

 

 

2ном

9550

9550

 

Номинальная активная мощность потребляемая двигателем из сети:

Р1ном = Р2ном = 28 = 29,7 кВт.

ηном 0,94

Полная номинальная мощность потребляемая АД S = Р1ном = 37,2 кВА.

соsϕ ном

Пример 5.15. Трехфазный АД включен в сеть с линейным напряжением 380 В и имеет следующие данные: мощность на валу Р2ном =10 кВт, напряжение 220/380 В для схем соединения ∆/Y, соs φном =0,85, ηном = 90 %. АД работает при номинальной нагрузке. Определить токи обмотки статора, полную потребляе- мую мощность и потери мощности в двигателе.

Решение. Номинальная активная мощность потребляемая двигателем из

сети: Р1ном = Р2ном = 10 =11,1кВт.

ηном 0,9

При заданном напряжении сети 380 В фазы обмотки статора соединяются в «звезду». Так как в паспорте трехфазного АД указываются действующие значе- ния линейного напряжения и тока, которые связаны с номинальной активной мощностью потребляемой двигателем из сети выражением:

P1ном= 3 U лном I лном cosϕ ном , то линейный и фазный токи:

 

 

Р1ном

 

11,1

103

Iлном= Iфном=

 

 

=

 

 

 

= 34,4 А.

 

U лном cosϕ ном

 

 

 

3

 

380

0,85

Полная номинальная мощность, потребляемая АД:

Sном = 3 U лном I лном = 3 380 34,4 = 22641ВА.

Потери мощности в двигателе ∆Р = Р1ном Р2ном = 11,1 – 10 = 1,1 кВт.

- 93 -

Электротехника и электроника

6.ВЫПРЯМИТЕЛИ

6.1.НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Неуправляемые выпрямители предназначены для преобразования перемен-

ного напряжения в постоянное напряжение нерегулируемой величины.

 

6.1.1. Структура и основные параметры выпрямителей

 

На входе выпрямителя устанавливают силовой трансформатор Т (рис.

6.1) для преобразования переменного напряжения источника u1 до значения u2,

которое обеспечивает необходимый уровень напряжения на выходе выпрями-

теля.

 

 

 

 

 

 

 

 

Переменное напряжение u2 с выхода трансформатора посредством вен-

тильной группы ВГ, которая состоит из нескольких вентилей - выпрямитель-

ных диодов, преобразуется в выпрямленное напряжение uВ. Это пульсирующее

напряжение одного направления. Форма кривой uВ зависит от схемы выпрямле-

ния. Пульсации напряжения определяют пульсации тока.

 

 

 

Выпрямленное напряжение можно представить в виде суммы постоянной и

переменных составляющих (разложение в ряд Фурье):

 

 

 

 

uв(ω t) =U0 + U1msin(ω t+ψ 1) + U2msin(2ω

t+ψ 2) +...+ Ukmsin(kω t+ψ k)

 

 

 

 

где U0 - постоянная составляющая (нулевая гармо-

u1

u

u1

ника); u1 = U1msin(ω t+ψ 1) - первая (основная) гар-

0

моника напряжения uв с амплитудой U1m и угловой

 

t

 

 

частотой ω = 2πf

пропорциональной частоте сети;

Т

u

 

 

последующие составляющие u2

uk - высшие гар-

 

u2

u2

0

моники напряжения uв с амплитудами U2m

Ukm и

t

угловыми частотами 2ω

kω .

 

 

 

u

 

 

опре-

ВГ

u

Постоянная

составляющая

разложения

 

 

деляется как среднее за период значение uв:

 

u

0

в

 

t

 

 

 

 

T

 

 

в

 

 

 

= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U 0 = U cp

uв (t )dt .

 

 

 

 

 

 

T

0

 

 

СФ

 

 

Наличие гармонических составляющих обу-

 

u

uн

славливает дополнительные потери мощности на

 

нагревание. Пульсации тока в электрических ма-

u

0

t

шинах вызывают пульсации электромагнитного

н

 

момента. Практически недопустимы пульсации на-

 

 

 

 

 

R

 

 

пряжения питания в электронных цепях.

 

 

 

Для снижения пульсаций выпрямленного на-

н

 

 

 

 

 

Рис. 6.1

 

пряжения (тока) до значения, допустимого для ра-

 

боты нагрузки (с сопротивлением Rн), устанавли-

 

 

 

вают сглаживающие фильтры СФ, в которых применяются реактивные эле-

менты: индуктивные L и емкостные C.

 

 

 

 

 

Основные параметры, характеризующие выпрямители:

 

-среднее значение выпрямленного напряжения Uср (U0, Ud) и тока Icp (I0, Id);

-коэффициент пульсаций - отношение амплитуды первой в разложении гармоники напряжения к среднему значению kп = U1m / Ucp;

-94 -

6. Выпрямители

U

 

ср

 

 

I

0

ср

 

 

Рис. 6.2

- внешняя характеристика - зависимость напря-

жения на выходе от тока нагрузки Ucp = f(Icp). Напря- жение на выходе выпрямителя, как и у любого источ- ника, уменьшается с ростом тока нагрузки (рис. 6.2) из-за потерь напряжения на диодах, в активных и ре- активных сопротивлениях трансформатора, в соедини- тельных проводах.

6.1.2. Выпрямительные диоды

Выпрямительный диод - это неуправляемый прибор с односторонней про- водимостью. Стрелка в условном обозначении (рис. 6.3,а) показывает проводя- щее направление диода. Буквенное обозначение VD. Диод имеет два внешних вывода: анод - А и катод - К.

а)

А VD

К

 

 

Iпр,

А

 

 

 

 

Iпр

 

 

0,4

 

 

б)

А VD

К

 

0,2

 

 

+

 

 

-

 

 

 

 

Uпр

 

Uобр, Uобр max 200 100

 

 

 

 

 

Iобр

 

0

 

Uпр,

в)

А

VD

К

В

10

0,5

1,0 В

 

 

 

 

 

-

 

 

+

 

20

 

 

 

Uобр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iобр,

мкА

г)

Рис. 6.3

При прямой полярности напряжения Uпр («+» анод, «-» катод), приложен- ного к диоду (рис. 6.3,б), он отпирается. Через него проходит прямой ток Iпр. Связь между прямым падением напряжения Uпр и Iпр отображает прямая ветвь вольт-амперной характеристики (ВАХ) диода (рис. 6.3,г). При этом Uпр(0,6…1,0) В и мало зависит от величины прямого тока. При значительном напряжении источника питания прямым падением напряжения на диоде можно пренебречь и рассматривать его как проводник. Тогда Iпр определяется пара- метрами внешней цепи.

В обратном включении («-» анод, «+» катод на рис. 6.3,в) диод заперт. Че- рез него протекает незначительный обратный ток Iобр порядка мкА или мА, при большом обратном напряжении Uобр. Это отображает обратная ветвь ВАХ. При превышении обратным напряжением максимального значения Uобр max обратный ток резко увеличивается, что может привести к повреждению диода. В связи с этим Uобр ограничивают на уровне (0,7…0,8) Uобр max.

Основными параметрами для выбора выпрямительных диодов являются:

-Iпр ср max, А - максимально допустимое среднее значение прямого тока вы-

зывающее допустимый нагрев диода;

-Uобр max, В - максимально допустимое обратное напряжение длительно прикладываемое к диоду и не вызывающее изменения его параметров.

-95 -

где kз = 1,3…1,5 -

Электротехника и электроника

Пример условного обозначения: Д161-250-12, где Д - диод; 161 - конст-

руктивное исполнение; ток Iпр ср max = 250 А; 12 – класс по напряжению в сот- нях вольт: напряжение Uобр max = 12·100 = 1200 В.

Выбор диода для конкретной схемы выпрямления производится из усло-

вий:

Iпр ср max kз·IVD ср, Uобр max kз·UVD обр m,

коэффициент запаса, IVD ср - среднее значение тока через диод, UVD обр.m - наибольшее мгновенное значение обратного напряжения, приклады-

ваемого к диоду.

Вывод: диод неуправляемый вентиль. Его состояние (открыт за- перт) определяется приложенным

 

 

напряжением: при прямом - отпира-

 

 

ется, запирается при снятии напря-

 

 

жения или обратным напряжением.

 

 

Силовые диоды изготавливают в

а)

б)

штыревом (рис. 6.4,а) и таблеточном

Рис. 6.4

 

 

исполнении (рис. 6.4,б).

 

 

6.1.3. Однофазные схемы выпрямления

 

Однополупериодная схема

 

 

Нагрузка с сопротивлением Rн подключена ко вторичной обмотке транс-

форматора T посредством диода VD (рис. 6.5,а). Переменное напряжение на

выходе трансформатора (рис. 6.5,б):

 

 

 

 

VD

iн

 

 

u2 = U2m sin ω t.

 

Т

а

 

 

В положительный полупериод напряже-

 

 

 

 

 

 

 

 

u2

 

 

 

ния u2 («+» - зажим а трансформатора, «-» -

u

1

 

uн

R

 

зажим n) диод VD открыт. Если прямым па-

 

 

 

 

 

н

дением напряжения на диоде пренебречь, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

а)

напряжение u2 полностью поступает к на-

u2

U

 

 

 

грузке. Напряжение на нагрузке uн = u2 (рис.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.5,б) и ток i = u

 

 

2m

 

 

 

 

протекает по цепи:

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

ω

t

R

 

π

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

«+» а → VD R «-» n.

 

 

 

 

 

 

 

В отрицательный полупериод напряже-

uн,

i uн

 

 

 

 

 

ния u2 («-» - зажим а, «+» - зажим n) диод

 

 

 

 

 

VD закрыт. Если пренебречь обратным то-

i

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

ω

t

ком, то iн = 0, uн = 0. При этом отрицательная

0

 

 

 

 

π

 

 

 

полуволна напряжения u2 прикладывается к

uVD

 

 

 

 

 

 

 

ω

t

диоду uVD = u2 (рис. 6.5,б). Его амплитуда

0

 

 

 

 

U2m является максимальным обратным на-

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

пряжением диода UVD обр.m = U2m.

 

U2m

 

 

 

Рассмотренные процессы периодически

 

 

Рис. 6.5

 

 

 

повторяются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 96 -

 

6. Выпрямители

Таким образом, в схеме используется только один (положительный) полу- период переменного напряжения. Ток iн по форме повторяет кривую выходного напряжения. Ток и напряжение на нагрузке пульсируют от нуля до максимума. Количество пульсаций за период напряжения сети mп=1.

Коэффициент пульсаций kп = 1,57.

Среднее значение выпрямленного напряжения:

 

 

= 1

π

 

π

 

U cp

= U 0

u2 dωt =

1

U 2m sin ωtdωt = U 2m = 0,318U 2m

 

 

2π 0

2π 0

π

Среднее значение выпрямленного тока (тока нагрузки)

Выбор диода VD осуществляется из условий:

Iпр ср max

(1,3…1,5)· IVD ср, где IVD ср = Iн ср.

Uобр max

 

 

 

(1,3…1,5 )· U2m, где U2m = 2 ·U2.

Параметры трансформатора.

Полная мощность трансформатора ST = 3,09 Рd , где:

=

U

2

2

= 0,45U 2 .

 

 

 

 

π

Iн ср = I0 = U ср .

Rн

Рd = UсрIн ср мощ-

ность, которая передается в нагрузку постоянными составляющими тока и на- пряжения.

Коэффициент трансформации

k =

w1

=

U1

, где: w1, w2 количество вит-

 

 

 

12

w2

U 2

 

 

 

 

ков первичной и вторичной обмоток трансформатора, U1, U2 - действующие значения напряжений на выводах первичной и вторичной обмоток трансформа- тора.

Действующее значение тока вторичной обмотки I = π I .

2 2 н ср

Наличие постоянной составляющей тока вторичной обмотки обуславливает дополнительный магнитный поток, который насыщает железо трансформатора. Это явление называют вынужденным намагничиванием трансформатора. В ре- зультате растет намагничивающий ток, требуемое сечение провода первичной обмотки и размер трансформатора. Мощность трансформатора значительно за- вышена.

Пример 6.1. Для однофазной однополупериодной схемы выпрямления оп- ределить обратное напряжение на диоде, если IVD ср = 250 мА, Rн = 340 Ом.

Решение. Максимальное обратное напряжение диода:

UVD обр.m = U2m= 2 ·U2.

Среднее значение выпрямленного тока Iн ср = IVD ср = 250 мА.

Среднее значение выпрямленного напряжения Uср= Iн ср·Rн= 0,25·340= 85 В. Так как Uср = 0,45·U2, то действующее значение напряжения на выводах

вторичной обмотки трансформатора U

 

=

U cp

=

85

= 189

В.

2

0,45

0,45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда UVD обр.m = 2 ·U2 = 2 ·189= 267 В.

- 97 -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электротехника и электроника

 

 

 

Двухполупериодная схема выпрямления с нулевым выводом

 

 

Вторичная обмотка трансформатора T (рис. 6.6,а) имеет вывод от средней

точки (нулевой вывод - n), относительно которого напряжения u21 и u22 изменя-

ются в противофазе. Диоды VD1 и VD2 соединены катодами и образуют

катодную группу. Нагрузка Rн включена между общей точкой катодной группы

вентилей и зажимом n трансформатора. Напряжение на нагрузке формируется

поочередным отпиранием диодов VD1 и VD2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VD1

 

 

На интервале [0 - π ] (рис. 6.6,б) напря-

 

 

 

 

Т

 

а

 

 

 

жение u21 > 0 («+» - зажим а, «-» - зажим n),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u21

 

R

i

 

открыт диод VD1, напряжение на нагрузке

 

 

 

u1

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

н

н

 

uн= u21, ток i =

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

протекает по цепи:

 

 

 

 

 

 

 

u22

 

uн

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«+» а → VD1 Rн «-» n.

 

 

 

 

 

 

b

 

VD2

 

а)

На интервале [π - 2π ] напряжение u22> 0

u

2

 

u

21

 

u

22

U2m

 

(«+» - b, «-» - n), открыт диод VD2, uн= u22,

 

 

 

 

 

 

 

 

ток iн протекает по цепи:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

ω

t

«+» b VD2 Rн «-» n.

 

 

π

 

 

 

Таким образом, используются оба по-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лупериода напряжения сети u1 ток в на-

u

 

 

u

 

 

 

 

 

 

грузке iн непрерывный. Количество пульса-

н,

 

 

i

 

 

 

 

ций выпрямленного напряжения за период

i

 

 

 

н

 

 

 

 

 

напряжения сети mп = 2.

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

t

 

0

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку

выпрямленное напряжение

 

 

π

 

 

 

 

состоит из двух полуволн, его среднее зна-

uVD

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

ω

 

чение будет вдвое больше, чем в однополу-

 

0

 

 

 

 

t

периодной схеме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

Uср = 0,9·U2, если U21= U22 = U2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент пульсаций kп = 0,667.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как диоды работают по очереди, ток

 

 

 

 

uVD2

 

uVD1

2U2m

через каждый диод равен половине выпрям-

 

 

 

 

 

ленного тока IVD ср = 0,5·Iн ср.

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.6

 

 

Когда ток

протекает через один диод

 

 

 

 

 

 

 

 

(например, VD1), ко второму (VD2) прикла-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дывается обратное напряжение всей вторичной обмотки трансформатора. Дей-

ствующее значение напряжения на зажимах a-b Uab = U21 + U22 = 2U2, то есть

максимальное обратное напряжение диода UVD обр.m = 2U2m.

 

 

Полная мощность трансформатора ST =1,48 Рd .

 

 

Действующее значение тока вторичной обмотки I2 = 0,785·Iн ср.

 

 

Пример 6.2. Определить ток, протекающий через диод в однофазной двух-

полупериодной схеме выпрямления с нулевым выводом, если:

 

 

U2m = 220 В, Rн = 50 Ом.

 

 

 

 

 

Решение. Действующее значение напряжения на выводах вторичной об-

мотки трансформатора

 

 

 

 

- 98 -

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Выпрямители

 

 

 

 

 

 

 

 

U

2

= U 2m = 220 = 156 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее значение выпрямленного напряжения Uср = 0,9·U2 = 0,9·156= 140 В.

 

Среднее значение тока нагрузки Iн ср

=

U

ср

=

140

= 2,8 А.

 

 

 

 

 

Rн

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ток через диод IVD ср = 0,5·Iн ср = 0,5·2,8= 1,4 А.

 

 

 

 

 

 

Мостовая двухполупериодная схема выпрямления

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

Состоит из двух пар диодов, которые

 

 

Т

 

VD2

 

 

 

работают поочередно VD1, VD4 и VD2, VD3

 

 

 

 

VD1

 

 

 

u1

 

u2

 

 

 

 

(рис. 6.7,а). Нагрузка Rн

включена

как

 

 

 

 

 

 

"мостик" между общими точками катодной

 

 

 

 

VD3

 

 

 

 

группы вентилей (VD1 и VD3 соединены

 

 

 

n

iн

VD4

 

 

 

катодами) и анодной группы вентилей (VD2

 

 

 

Rн

 

 

 

и VD4 соединены анодами).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

а)

 

В

 

 

положительный

полупериод

 

 

 

 

 

 

 

напряжения u2 на выводах вторичной

 

 

 

 

 

н

 

 

 

u2

 

 

 

U2m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

обмотки трансформаора («+» - зажим а, «-»

 

 

 

 

 

ω

t

 

 

- зажим n) диоды VD1, VD4 включены в

 

0

 

 

 

 

 

прямом

направлении,

а

VD2,

VD3

в

 

 

π

 

 

 

обратном. Диоды VD1, VD4 открыты. На-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пряжение на нагрузке uн= u2 (рис. 6.7,б); ток

uн

 

uн

i

 

 

 

 

i = u

 

протекает по цепи:

 

 

 

i

,

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

ω

t

 

 

«+» а → VD1 Rн VD4 «-» n.

 

 

 

π

 

 

 

Диоды VD2, VD3 закрыты: потенциалы

uVD

 

 

 

 

 

π

 

 

 

на их катодах выше, чем на анодах.

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

t

 

 

В

 

 

отрицательный

полупериод

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

напряжения u2 («-» - зажим а, «+» - зажим

 

uVD2

uVD1

U2m

 

б)

n) диоды VD2, VD3 открыты, а VD1, VD4

 

 

закрыты.

Напряжение на нагрузке uн= u2;

 

uVD3

uVD4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ток нагрузки iн протекает по цепи:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.7

 

 

 

 

«+»n VD3 Rн VD2 «-» а.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При этом он имеет в нагрузке то же

направление.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Также как и в двухполупериодной схеме выпрямления с нулевым выводом

используются оба полупериода напряжения источника u2. Количество пульса-

ций выпрямленного напряжения за период напряжения сети mп = 2.

 

 

 

Среднее значение выпрямленного напряжения Uср = 0,9·U2.

 

 

 

 

Коэффициент пульсаций kп = 0,667.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обратным напряжением для закрытых диодов является вторичное

напряжение трансформатора u2. Его амплитуда U2m - максимальное обратное

напряжение диода UVD обр.m = U2m (рис. 6.7,б).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 99 -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]