Контрольные вопросы и задача

1. Что понимают под номинальной и типовой мощностью преобразовательных трансформаторов?

2. Какие методы применяются для устранения вынужденного намагничивания трансформатора?

3. Объяснить, почему в мощных выпрямительных агрегатах одну половину

вентильных обмоток трансформаторов соединяют в звезду, а вторую – в треугольник.

4. Какие существуют способы повышения пульсности выходного напряжения выпрямителей?

5. Какими способами можно получить фиксированный фазовый сдвиг между системами трехфазных напряжений, питающих выпрямитель?

6. Что даёт управление выпрямителем со стороны вентильных обмоток трансформатора?

7. Пояснить конструкции сварочных трансформаторов.

8. Задача. Сетевая обмотка трансформатора на рис.4.1. имеет 100 витков. Напряжение сети 220 В. Определить число витков вторичных обмоток для получения выходного линейного напряжения 220 В, сдвинутого относительно напряжения питающей сети на угол 15⁰.

5. Моделирование выпрямителей

Разработка любого выпрямителя сопровождается физическим или математическим моделированием. Первое условие требует изготовления ма­ке­тов и связано с материальными затратами, часто весьма зна­чи­тель­ными. Второе условие основано на использовании средств и методов вычислительной техники. В настоящее время программы моделирования схем настолько развиты и доступны, что естественным образом до­пол­ня­ют традиционные методы проектирования вентильных пре­об­ра­зо­вателей электрической энергии. К программам такого рода в пер­вую очередь следует отнести программу схемотехнического моделирования (например, программу Electronic Workbench – EWB), разработанную фирмой Interactive Image Technologies (Канада) для моделирования электротехнических и электронных устройств различного назначения. Учебная версия программы (EWB 4.1) имеет ряд достоинств:

• легко осваивается;

• достаточно удобна в работе и проста в применении;

• дает возможность апробировать свои технические решения.

Особенностью программы является наличие контрольно-измерительных приборов, сходных по внешнему виду и характеристикам с промышленными аналогами, что создает иллюзию реальности при имитации электрических цепей. Программа EWB обладает преемственностью, т.е. все схемы, созданные в версии 4.1, могут быть промоделированы в версии EWB 5.0, EWB 5.12 и в новой версии программы Multisim 2001, имеющей более широкие возможности.

Примеры моделирования

Схемы моделирования однофазного выпрямителя со средней точкой при ра-

Боте на активную нагрузку и осциллограммы сигналов при указанных на схеме параметрах элементов приведены на рис. 5.1а, б. Всхеме использована модель диода со следующими значениями параметров:

Saturation current, A – обратный ток диода, по умолчанию 10^-14 А;

Ohmic resistance, Ом – объемное сопротивление, равно нулю;

Zero-bias capacitance, Ф – барьерная емкость p-n перехода, равна нулю;

Transit time, В – время переноса заряда, равно 0;

Junction grading coefficient – конструктивный параметр, равен 0,5;

Junction potential, B – контактная разность потенциалов, равна 0,75;

Reverse Bias Breakdown Voltage, В – максимальное обратное напряжение, задается со знаком минус и равно -400 В.

Модель трансформатора имеет следующие параметры:

Leakage inductance, Гн – индуктивность рассеяния, равна нулю;

Primary winding resistance, Ом – сопротивление сетевой обмотки, равно нулю;

Secondary winding resistance, Ом – сопротивление вентильной обмотки, равно нулю;

Magnetizing inductance, Гн – индуктивность намагничивания, равна 5 Гн.

Каналы осциллографа работают в режиме DC-открытого входа. Вольтметры с цифровым отсчетом имеют внутреннее сопротивление 1^.10⁶ Ом (по умолчанию). Один из них, подключенный к нагрузке R₀, действует в режиме DC (постоянного тока), а другой, подключенный к вентильной обмотке, – в режиме AC (переменного тока). Для измерения коэффициента пульсаций канал B осциллографа следует перевести в режим AC-закрытого входа.

Схема моделирования (рис. 5.2а) позволяет снять осциллограммы прямого тока i_пр.V и обратного напряжения U_обр.V на вентиле VD1, а также измерить цифровым амперметром среднее значение выпрямленного тока I₀, действующее значение тока I_эфф.V вентиля VD2 и тока I₂, т.к. I_эфф.V=I₂, а также действующее значение тока I₁ сетевой обмотки трансформатора. Амперметры имеют (по умолчанию) внутреннее сопротивление 1·10^-3Ом. Один из них, подключённый к нагрузке R₀, установлен в режим DC, а два других – в режим АС.

Схемы моделирования однофазного мостового выпрямителя с емкостным сглаживающим фильтром даются на рис. 5.3а, 5.4а и 5.5а. Осциллограммы выходного (сглаженного) и входного (сетевого) напряжений выпрямителя приведены на рис. 5.3б; осциллограммы тока в ёмкости фильтра и прямого тока вентиля VD2, показанные на рис. 5.4б, иллюстрируют особенности работы вентиля в режиме с отсечкой тока. Амплитуда прямого тока растёт, длительность проводящего состояния вентиля уменьшается. Осциллограммы обратного напряжения на вентиле VD2, тока сетевой об­мотки трансформатора и действующее значение этого тока I₁ (рис. 5.5б), полученные с помощью схемы рис. 5.5а, позволяют проверить правильность выбора вентиля по обратному напряжению и диаметра провода сетевой обмотки трансформатора по допустимой плотности тока.Схемы моделирования трёхфазного однотактного выпрямителя с индуктивным фильтром приведены на рис. 5.6а и 5.7а. Осциллограммы выпрямленного напряжения на входе и на выходе фильтра (рис. 5.7б) имеют различную форму, что объясняется действием ЭДС индукции, наводимой в фильтре за счёт

пульсаций тока i₀. Как видно из осциллограмм (рис. 5.6б), форма прямого тока вентиля VD1 приближается к прямоугольной, а длительность запертого состояния вентиля занимает 2/3 периода сетевого напряжения.

На рис. 5.8а и 5.9а представлены схемы для моделирования режимов работы трёхфазного двухтактного выпрямителя при активной нагрузке. Выпрямленное напряжение U₀ примерно в 2 раза больше напряжения на вентильных обмотках (рис. 5.8а), а малые пульсации напряжения u₀ (рис. 5.8б) обеспечиваются самой схемой выпрямителя без сглаживающего фильтра. Формы тока вентиля (рис. 5.9б) и сетевой обмотки трансформатора близки к прямоугольной и имеют пульсации, частота которых больше частоты сетевого напряжения в шесть раз.

U₂

а)