10.2.4 Диоды и тиристоры.
Вольтамперные характеристики диодов были рассмотрены выше. Пренебрегая внут-
ренней емкостью диода, указанная вольтамперная характеристика и схема замещения на ее основе может быть использована для анализа цепей переменного синусоидального тока. Ниже остановимся только на тех цепях, где кроме диодов содержаться активные
сопротивления и источники ЭДС, в частности, к этим цепям относятся выпрямители, т.е
преобразователи синусоидального переменного тока в постоянный. Пусть в схеме содер-
жатся идеальные диоды. Напомним, что в этом случае, если потенциал анода больше потенциала катода, то сопротивление диода равно нулю, в противном случае бесконечно
большое. Исходя из этого правила, далее будем выполнять расчеты цепей переменного тока, содержащих диоды.
Пример 10.3
На схеме рис10.9а: е1-источник синусоидальной ЭДС, Е2-источник постоянной ЭДС, VD-идеальный диод, R- сопротивление. Очевидно, что диод будет пропускать ток когда его сопротивление равно нулю.т.е в те моменты времени, когда e1>E2. Из рисунка 10.9б видно, что условие выполняется на участке времени когда t1<t<t2.Так как е1 периодическая функция времени то падение напряжения на сопротивлении Ud ,будет также периодической функцией времени.
Рис
10.9
Рассмотрим некоторые схемы выпрямителей, которые приведены в таблице 10.1, используя условие проводимости диода, приведенное выше. Выпрямленное напряжение
(падение напряжения на R) , будем характеризовать его средним напряжением за период переменного тока, частотой пульсации и амплитудой переменной составляющей, вычис-
ленной как разность между мгновенным и средним значением напряжения .
Для однофазной схемы выпрямления условие проводимости диода выполняется когда
.
Отсюда
при
и
при
.
За период переменного напряжения,
интервал проводимости равен половине
периода. Если
,
то среднее за период напряжение на
сопротивлении
.
Интегрируя
это выражение, учитывая
что
,
получаем, что
или
,где
Е-
действующее значение напряжения
источника e(t).
Частота пульсаций равна частоте
пульсаций источника, амплитуда пульсаций
.
2) Двухфазная нулевая схема выпрямления содержит два источника синусоидальных ЭДС
включенных последовательно. Нагрузка подключается к средней точке источников. Тогда анодные напряжения на диодах сдвинуты на 180 эл.градусов и в первый полупериод про-
водит диод VD1,так как U1>U2. В следующем полупериоде U2>U1и проводит диод VD2
Очевидно,
что среднее значение Ud
в раза больше чем в однофазной схеме
или
.Частота
пульсаций в два раза больше чем частота
напяжения источников.
амплитуда пульсаций
3) Однофазная мостовая схема в отличии от двухфазной нулевой схемы содержит только один источник, но одновременно проводят ток два диода.При положительной полуволне
Таблица 1
Наимено- вание |
Схема |
Кривые напряжений |
1.Однофаз- ная схема выпрямле- ния |
|
|
2.Двухфаз- ная нулевая схема выпрямле- ния |
|
|
3.Однофаз- ная мостовая схема выпрямле- ния |
|
|
3.Трехфаз- ная нулевая схема выпрямле- ния |
|
|
4.Трехфаз- ная мостовая схема выпрямле- ния |
|
|
питающего напряжения условие проводимости выполняется для диодов VD1 и VD2, при
отрицательной полуволне напряжения проводят диоды VD3 и VD4. Параметры этой схемы выпрямления совпадают с параметрами предыдущей схемы.
4) Трехфазная нулевая схема выпрямления содержит три источника синусоидальных ЭДС,
нпряжения которых образуют трехфазную симметричную систему, диоды включены в каждую фазу и соединены одноименными электродами. Нагрузка включена между общим выводом диодов и нулевой точкой трехфазной системы ЭДС. Условие проводимо-
сти записываются так:
если
и
если
и
если
и
Решая указанные неравенства, получаем что в течении одного периода изменения напряжения ЭДС :
VD1
проводит между точками когда
;
VD2
проводит между точками когда
;
VD3
проводит между точками когда
и
;
Таким образом, длительность интервала производимости каждого диода 120 эл.градусов.
Среднее
значение напряжения на сопротивлении
R -
.
Вычислив интеграл
получаем
.
Частота пульсаций в три раза больше
чем
частота
питающего напряжения, амплитуда
пульсаций равна
5) Трехфазная мостовая схема может быть замененнена двумя трефазными мостовым
схемами. Первая схема образована катодной группой тиристоров VD1,VD3,VD5, вторая
схема –анодной группой тиристоров VD4,VD6,VD2, нагрузка включена между общими точками тиристорных групп. Условие проводимости для 1-й групп записываются так:
если и
если
и
если
и
. Условие проводимости для 2-й групп записываются так:
если -
и
если
и
если
и
Отсюда следует, что ток одновременно проводят два тиристора в таком порядке:
VD1
и VD6 между
точками когда
;
VD2
и VD1 между
точками когда
;
VD3
и VD2 между
точками когда
;
VD4
и VD3 между
точками когда
;
VD5
и VD4 между
точками когда
;
VD6
и VD5 между
точками когда
;
На каждом участке проводимости напряжение на нагрузке равно линейному напряжению
соответсвующей фазы трехфазного источника. Частота пульсаций в шесть раз больше
частоты
питающего напряжения. Среднее значение
напряжения на сопротивлении R
–зной
.
Вычислив интеграл
получаем
.
-амплитуда
и действующее значение фазной ЭДС
питающего трехфазного напряжения.
Амплитуда
пульсаций равна
10.3. Характеристики реактивных нелинейных элементов цепи синусоидального переменного тока.
Нелинейными реактивными элементами в цепи синусоидального переменного тока являются катушка с ферромагнитным сердечником и емкость с сегнето диэлектриком.