Теоретичні відомості
Розрахунок випрямляча середньої та великої потужності, незалежно від його схеми, зводиться до визначення середнього значення струму діода і максимальної зворотної напруги на ньому з наступним вибором типу діода та його охолоджувача. Сюди ж входить, при наявності трансформатора, розрахунок діючих значень струмів та напруг його первинної та вторинної обмоток, а також типової потужності трансформатора, яка визначається у відповідності з виразом:
де: S1 - повна потужність первинних обмоток трансформатора;
S2 - повна потужність вторинних обмоток трансформатора.
Вказані розрахункові величини залежать від схеми випрямляча та характеру його навантаження.
Найбільш розповсюдженим для потужних випрямлячів є активно-індуктивне навантаження. Такий режим в подробицях вивчений у відповідній літературі, де й наводяться головні розрахункові співвідношення [1,2,5].
Теоретичний матеріал посібника розглядає режим активного навантаження, особливості якого і головні числові співвідношення в літературі майже не зустрічаються. Разом з тим, для порівняння на усіх діаграмах миттєвих значень струму та напруги пунктиром позначені відповідні криві, характерні для даного типу випрямляча в режимі його активно-індуктивного навантаження. Дається також порівняльна оцінка обох режимів.
В теоретичному розділі розглянуті тільки ті схеми випрямлячів, розрахунок яких складає зміст самостійної роботи.
В основу розрахунків покладено метод головної гармоніки. Тобто форма напруги на затискачах обмоток трансформатора вважається синусоїдною, а повна потужність розраховується за головною гармонікою, виходячи з відомої форми фазного струму. Додатково приймається ряд допущень:
Діод та тиристор – ідеальні ключі, тобто падіння напруги на них дорівнює нулеві.
Активний опір обмоток трансформатора, потік розсіювання та струм намагнічування його осердя приймаються рівними нулеві.
3.5. Трифазний однотактний випрямляч
З НУЛЬОВОЮ ТОЧКОЮ. (СХЕМА МІТКЕВИЧА).
ТЕОРІЯ РОБОТИ ТА МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ.
Принципова схема некерованого випрямляча зображена на рис.3.2
Рис. 3.2
Діаграми миттєвих значень його струмів та напруг зображені на рис.3.3. Миттєве значення випрямленої напруги не залежить від характеру навантаження, оскільки моменти перемикання діодів випрямляча визначаються точками перетину О1,О2, О3 фазних е.р.с. вторинної обмотки трансформатора, як це показано на часових діаграмах рис.3.3. Як видно з наведених кривих, час відкритого стану кожного з діодів складає третину періоду, або 120°ел. Наявність індуктивності в колі навантаження (перемикач К на рис.3.2 розімкнуто) не приводить до зміни форми випрямленої напруги, а змінює лише форму струму. Причому, за умови Ld →∞ форма струму в колі навантаження може бути прийнята ідеально загладженою. Ця умова виконується при співвідношенні між резистивною та реактивною складовими опору навантаження яке визначається нерівністю:
де:
ω-
кутова частота мережі живлення.
Тобто вважається, що при виконанні зазначеної нерівності, коефіцієнт пульсації струму навантаження дорівнює нулеві. Форма струмів для такого випадку на усіх діаграмах рис.3.3 позначена штриховою лінією.
Прийнята умова дає змогу спростити аналітичні вирази при розрахунках типової потужності трансформатора.
Середнє значення (постійна складова) випрямленої напруги :
(3.1)
де: U2m- амплітуда фазної е.р.с. вторинної обмотки трансформатора.
Вираз (3.1) отримано шляхом суміщення вісі ординат з амплітудою однією з пульсацій випрямленої напруги (див.рис.3.3б). Його розв´язок дає результат:
.
(3.2)
Враховуючи
співвідношення між амплітудним та
діючим значенням фазної напруги
(U2m=
U2ф
), вираз (3.2) дозволяє встановити зв’язок
між вхідною та випрямленою напругами
перетворювача:
(3.3)
де: U2ф - діюче значення фазної напруги вторинної обмотки трансформатора. Постійну складову струму навантаження можна отримати, виходячи з закону Ома:
(3.4)
Вираз (3.4) справедливий для будь-якого навантаження.
Потужність навантаження буде дорівнювати:
(3.5)
З виразу (3.5) зручно вирахувати активний опір rd навантаження.
Струм через кожний діод випрямляча протікає третину періоду(рис.3.3г)
Тому незалежно від форми, його середнє значення буде дорівнювати :
(3.6)
Максимум зворотної напруги на вимкненому діоді, як видно з того ж рисунку, дорівнює амплітуді лінійної напруги вторинної обмотки трансформатора:
(3.7)
Вирахувавши з допомогою (3.6) та (3.7) середній струм та максимум зворотної напруги діода, вибирають його тип у відповідному довіднику[7].
Рис. 3.3