ЧастьI. Только выпрямители и кривые намагничивания. Нелинейные цепи переменного тока
2. Цепи переменного тока
С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРИБОРАМИ
2.1. Цепи с малоинерционными нелинейными резистивными
элементами. Графический расчёт
2.2. Краткие сведения об основных схемах и расчётных
соотношениях простейших выпрямителей
Выпрямительное устройство ВУ может содержать трансформатор Тр для понижения напряжения до нужного уровня, собственно схему выпрямления В и сглаживающий фильтр Ф для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения и тока.
В таблице 1 / Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. "Приборы и устройства промэлектроники", 1975г., стр.146 / приведены основные схемы выпрямления и некоторые расчётные соотношения, справедливые при R-нагрузке и идеальных вентилях.
*Под выпрямленным током и напряжением понимают постоянные составляющие, т.е. средние за период значения несинусоидальных величин i(t), u(t), имеющих место в цепи с диодом.
U0 =
U 0 = ~ ; I 0 = 0,45 I ~ .
*Выбор диодов по условиям теплового и электрического пробоя осуществляется именно по среднему значению тока и по максимальному обратному напряжению на диоде. Для однополупериодной схемы:
Iд = I 0 = 0,45 I ~ .
Uобр.макс = Um~ = π · U 0 = 3,14 U 0 .
*Действующие значения выпрямленного тока и напряжения будут больше, так как они учитывают и постоянную и переменную составляющие величин на выходе выпрямителя.
U выпр = = 0,7071U~ . I выпр = = 0,7071 I ~ .
Кстати, из этих выражений следует, что мощность в R –нагрузке после выпрямителя будет в 2 раза меньше, чем при его отсутствии:
Рнг = против Рнг = ;
*Понятие о коэффициенте мощности выпрямителя χ связано не со сдвигом по фазе между током и напряжением, а с искажением кривой тока по отношению к синусоидальной кривой питающего напряжения.
χ → cos φ = = 0,7071.
*Понятие о кпд η = Рнг / Рист применительно к выпрямителям довольно не однозначно. С одной стороны, если диоды идеальны, то на них нет потерь, и кпд должен быть равен 100%. С другой стороны, ес-ли рассматривать само по себе отношение мощностей Рнг /Рист, обыч- но называемое коэффициентом полезного действия, то мощность Рнг можно считать через постоянную составляющую тока I0 и через полный выпрямленный ток I выпр. Активная мощность в нагрузке Рнг = =Rнг ∙ Iвыпр2, т.е. должна считаться через действующее значение выпрямленного тока. Но учитывая то, что основное назначение выпрямителя – преобразовывать переменный ток в постоянный, в качестве Рнг следовало бы принять мощность Р0. Тогда, сравнивая мощность по постоянному току с мощностью по переменному току Ро / Р~ , правильнее было бы говорить не о кпд, а о коэффициенте эффективности Кэфф преобразования переменного тока в постоянный. Для однополу-периодной схемы он получается очень низким:
Кэфф = = = = 0,287.
*В учебнике Г.И. Атабекова, стр.76 приводится несколько иное изложение этих понятий.
Полагая фактическое сопротивление диода в рабочей области постоянным и равным Rд, активную и полную мощности, которые подводятся к выпрямителю и нагрузке, можно записать через действующее значение выпрямленного тока I = Iвыпр = Im /2 :
Р = (Rд +Rнг) · I 2 = (Rд +Rнг) · ;
S = ;
Полезной мощностью у выпрямителя принимается мощность в на-грузке по постоянному току :
Р0 = Rнг· I0 2 = Rнг· .
Тогда коэффициент мощности χ и коэффициент эффективности преобразования тока получаются следующими:
χ → cos φ = Р/S = / 2 = 0,7071.
Кэфф = , и при Rд = 0 Кэфф = 40,5%.
Однополупериодная схема выпрямления применяется лишь в случаях самых низких требований к выпрямителю.
2.3. Аналитический расчёт цепей с вентилями.
Метод кусочно-линейной аппроксимации
Электрическим вентилем принято называть резистивный нелинейный элемент с резко выраженной несимметрией вольт-амперной характеристики относительно начала координат, или иначе: электричес-кий вентиль - это резистивный нл-элемент с односторонней проводи-мостью. Если сопротивление нл-элемента при одной полярности напряжения равно нулю, а при обратной бесконечно велико, вентиль на-зывают идеальным.
Для аналитического расчёта цепи в.а.х. вентилей аппроксимируют, т.е. описывают приближёнными аналитическими выражениями.
Аппроксимация характеристик элементов содержит в себе два момента: выбор типа аппроксимирующей функции и расчёт её коэффициентов. В качестве аппроксимирующей функции может быть принята парабола, гипербола, экспонента, но чаще это кусочно-линейная функция, как наиболее простая. Удовлетворительность аппроксимации оценивается на основе критериев приближения. Различают: максимальное приближение функции на интервале [1], среднеквадратич-ное приближение [2] и интерполяционное приближение, когда аппрокси-мирующая функция в нескольких заданных точках совпадает с исходной.
---Чтобы таблицу начать с новой страницы, прерываю текст ---
Таблица 1.
ПРИЛОЖЕНИЯ.