Задания для выполнения

Максимальное значение обратного напряжения на вентиле

Частота основной гармоники выпрямленного напряжения foсн равна частоте сети fc.

Амплитуда основной гармоники

Действующее значение тока первичной обмотки

где k U1 – коэффициент трансформации.

U2

Типовая (расчетная) мощность трансформатора (с учетом условия, что S1 S2)

Sтр S2 = U2 I2 = 2,22Ud 1,57Id = 3,5Pd. (1.20)

Расчетная мощность трансформатора значительно больше мощности, отдаваемой потребителю, так как ток вторичной обмотки несинусоидален и помимо тока основной частоты имеет постоянную составляющую и токи высших гармоник (см. рис. 1.3).

Преимуществом данной схемы выпрямления является ее простота, однако однополупериодная схема имеет и недостатки – неудовлетворительное использование трансформатора и вентиля, значительные пульсации выпрямленного напряжения при низких значениях их основной частоты. Рассмотренная схема нашла применение при малых мощностях Pd в случае, когда нагрузка начинается с емкости.

1.2.2.Двухполупериодная однофазная схема выпрямления

снулевым выводом

Эту схему можно рассматривать как совокупность двух однополупериодных схем, подключенных на общую нагрузку (рис. 1.4). Вентили и вторичные обмотки трансформатора работают поочередно, пропуская в нагрузку ток в положительные полупериоды напряжения u2a и u2b.

Следовательно, ток через нагрузку Rн проходит в одном направлении в оба полупериода сетевого напряжения (рис. 1.5).

Аналитически сигнал полученной несинусоидальной формы описывается рядом Фурье следующего вида:

1.2.3. Двухполупериодная однофазная мостовая схема

Данная схема (рис. 1.6) строится на однофазном трансформаторе (Т). Вентильная группа образует мост, к одной диагонали которого подводится переменное напряжение, а в другую диагональ включается нагрузка. Вентили работают парами поочередно. В положительные полупериоды напряжения u2 ток проводят вентили VD1 и VD4, а в отрицательные полупериоды – вентили VD2 и VD3. Временная диаграмма, поясняющая работу данной схемы, представлена на рис. 1.7.

Через нагрузку протекает пульсирующий ток в оба полупериода сетевого напряжения. Ток во вторичной обмотке i2 трансформатора является переменным. Соотношения параметров данной схемы приведены в табл. 1.1.

Рис. 1.6. Двухполупериодная однофазная мостовая схема выпрямителя

Такие схемы строятся на трехфазном трансформаторе (рис. 1.8), вторичные обмотки которого соединяются звездой. Нагрузка включается между

Трехфазная схема с нейтральным выводом нашла применение на средних мощностях (1 кВт < Pd < 5 кВт) при невысоких требованиях к пульсациям выпрямленного напряжения. Положительным у такого вида выпрямителя является высокая надежность (минимальное число вентилей), недостатки – низкое значение kп (по сравнению с однофазной схемой выпрямления) и подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током, что приводит к снижению его КПД. Соотношения параметров данной схемы приведены в табл.

1.1.

1.2.5. Трехфазный мостовой

Максимальное значение обратного напряжения на вентиле также равно амплитудному значению линейного напряжения.

Соотношения параметров данной схемы приведены в табл. 1.1.

Схема Ларионова обеспечивает наилучшие показатели использования трансформатора и вентилей и дает минимальную величину коэффициента пульсаций. Схема получила широкое распространение в силу того, что у нее практически один недостаток – большое число вентилей.

Схемы выпрямления трехфазного тока применяются в основном для питания потребителей большой и средней мощности, они равномерно нагружают сеть трехфазного тока и отличаются высоким коэффициентом использования трансформатора, низким уровнем пульсаций.

1.3. Особенности работы выпрямителей на активно-индуктивную нагрузку

Параметры, приведенные в табл. 1.1, характеризуют выпрямители при работе как на активную (омическую) нагрузку, так и на другие виды нагрузки.

В большинстве случаев нагрузка выпрямителей начинается с индуктивности. Примерами таких нагрузок являются обмотки возбуждения электрических машин, втягивающие катушки электроаппаратов, соленоиды, а также любые другие потребители, питаемые от выпрямителя через индуктивный фильтр. Во всех этих случаях работа схемы имеет особенности. Наличие в нагрузке выпрямителя индуктивности дает сглаживающий эффект – уменьшает пульсации выпрямленного тока и токов вентилей. В схемах выпрямления средней (Pd > 1 кВт) и большой (Pd > 1000 кВт) мощности индуктивное сопротивление нагрузки, как правило, значительно превосходит активное (XLd > Rd), поэтому без большой погрешности можно считать ток нагрузки постоянным, т. е. не имеющим пульсаций. Переменная составляющая выпрямленного напряжения выделится полностью в виде падения напряжения на индуктивности, а ток, протекающий через вентиль, будет иметь форму прямоугольных импульсов с амплитудой, равной Id.

Однополупериодное выпрямление при нагрузке, начинающейся с индуктивности, практически не применяется, так как действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора значительно меньше, чем при чисто активной нагрузке (см. табл. 1.1). Меньшими будут ток первичной обмотки и расчетная мощность трансформатора.

Использование трансформатора и вентилей в двухполупериодных схемах выпрямления при активно-индуктивной нагрузке значительно лучше, чем при чисто активной (омической) нагрузке.

В трехфазных схемах наличие индуктивности в цепи нагрузки не влияет заметным образом на свойства и характеристики выпрямителей. Коэффициент использования трансформатора и вентилей остаются такими же, как и в случае омической нагрузки.

1.4. Особенности работы выпрямителей на активно-емкостную нагрузку

Нагрузка такого характера возможна для маломощных выпрямителей.

В случае нагрузки, начинающейся с емкости, работа выпрямителя имеет следующие особенности. Конденсатор заряжается в те части положительных полупериодов, когда напряжение u2 возрастает, и затем разряжается на сопротивление нагрузки, заполняя провалы в выпрямленном напряжении, т. е. сглаживая его пульсации. Разряд продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не сравняется с возрастающим напряжением u2. Далее снова начинает протекать ток ia через вентили, и конденсатор подзаряжается. Особенность этого вида нагрузки заключается в том, что ток, протекающий через вентили, имеет прерывистый (импульсный) характер, причем время протекания тока составляет лишь некоторую часть длительности полупериода напряжения u2. Половина времени, в течение которого протекает ток в вентиле, принято называть углом отсечки . Этот угол зависит от сопротивления нагрузки. Увеличение сопротивления нагрузки приводит к уменьшению тока нагрузки и замедлению разряда конденсатора. Угол отсечки при этом уменьшается, а кривая выпрямленного напряжения получается более сглаженной, следовательно, фильтрующее действие емкости наиболее сильно