Классификация и параметры выпрямителей

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 21Следующая ⇒

Классификация выпрямителей. Схемы выпрямления классифицируют по типу применяемых вентилей - кенотронные, газоразрядные, полупроводниковые с управляемыми и неуправляемыми вентилями; числу фаз напряжения питающей сети - одно- и трехфазные; числу фаз напряжения вторичной обмотки трансформатора - одно-, двух-, трех-, шести- и многофазные; числу используемых полупериодов напряжения - одно- и двухполупериодные; числу плеч и числу групп вентилей.

Плечом выпрямительной схемы называют цепь последовательного соединения обмотки трансформатора и вентиля (рис. 3.7, а). Если вентили подключены к обоим концам обмотки, схему называют двухплечей (рис 3.7, 6). Когда к концу обмотки подключен вентиль или группа вентилей одного направления, схему называют одногруппной (рис. 3.7, в). В случае если к концу обмотки подключены два вентиля или две группы вентилей разного направления, то схему называют двухгруппной (рис. 3.7, г). Широко распространены выпрямители с неуправляемыми полупроводниковыми вентилями, основные схемы и названия которых приведены в (табл. 3.1). Здесь же приведены схемы и названия этих выпрямителей с учетом элементов классификации (см. рис. 3.7). Свойства любого выпрямительного устройства зависят от его схемы, характера нагрузки и типа сглаживающего фильтра. Анализ работы такого устройства очень сложен. Поэтому целесообразно сначала рассмотреть простые схемы выпрямителей, состоящие только из трансформатора и схемы выпрямления и работающие на чисто активную нагрузку. При этом считают, что в трансформаторе отсутствуют потери, в прямом направлении сопротивление вентилей равно нулю, в обратном - бесконечности.

Параметры выпрямителей. При проектировании выпрямитель-ных устройств и оценке схем выпрямления для выбора трансформатора и диодов необходимо знание их параметров. Заданными обычно являются параметры нагрузки: выпрямленное напряжение U₀, выпрямленный ток I₀ и коэффициент пульсации n_n. Известны

Рисунок 3.7 – Элементы классификации схем выпрямления:

а – плечо; б – два плеча; в – одногруппная схема; г – двухгруппная схема

Таблица 3.1

Название схемы	Схема
Однофазная, однополупериодная Однофазная, двухполупериодная с нулевым выводом Однофазная, мостовая Трехфазная, однополупериодная с нулевым выводм Трехфазная, мостовая
Название схемы с учетом элементов классификации	Схема с учетом элементов классификации
Однофазная, однополупериодная, одноплечая, одногруппная Однофазная, двухполупериодная с нулевым выводом, двухплечая, одногруппная Однофазная, мостовая, двухплечая, двухгруппная Трехфазная, однополупериодная с нулевым выводом трехплечая, одногруппная Трехфазная, мостовая, трехплечая, двухгруппная

номинальное напряжение U₁и частота тока сети f. При проектировании определяют параметры, необходимые для расчета трансформатора и выбора вентилей. Для трансформатора такими параметрами являются: действующие напряжения U₁, U₂ и токи I₁, I₂ для первичной и вторичной обмоток; расчетные мощности первичной и вторичной обмоток S₁, S₂; расчетная мощность трансформатора S_T и коэффициент использования трансформатора K_T. Для выбора диодов этими параметрами являются средний I_д.ср. и действующий I_д ток.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения U₀ представляет собой следующее. На выходе любой схемы выпрямления возникает пульсирующее напряжение сложной формы, которое можно представить как сумму постоянной и переменной составляющих. Постоянная составляющая, являющаяся средним значением выпрямленного напряжения, может быть представлена графически высотой прямоугольника с основанием, равным длительности периода, и площадью, равной площади ограниченной кривой выпрямленного напряжения. Переменную составляющую, как любой периодический сигнал, можно представить в виде суммы ряда гармонических составляющих (гармоник), частоты которых кратны частоте колебаний основной (первой) гармоники, имеющих различные амплитуды и фазы.

Наличие гармоник в выпрямленном напряжении создает помехи в питаемой аппаратуре и может нарушить ее работу.

Число фаз выпрямления - вспомогательный параметр, характеризующий число максимальных пульсаций выпрямленного напряжения за период т = рq (3.1), где р и q соответственно число фаз сети и выпрямленных полупериодов.

Частота первой (основной) гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения (3.2), где f - частота сети.

Коэффициент пульсации показывает соотношение между амплитудой напряжения первой гармоники и постоянной составляющей в выпрямленном напряжении

, (3.3)

где U₁_m - амплитуда напряжения первой гармоники; U₀ - напряжение постоянной составляющей.

Амплитуда напряжения первой гармоники переменной составляющей в соответствии с разложением в ряд Фурье

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения

где U₂_m -амплитуда напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Подставляя в выражение (3.3) значения для U₁_m и U₀, получим

. (3.4)

Вынужденное намагничивание трансформатора относится к специфическим особенностям работы трансформатора в выпрямительных схемах и обусловлено тем, что токи во вторичных обмотках при некоторых схемах выпрямления протекают только в одном направлении. Поэтому сердечник намагничивается не только переменной, но и постоянной составляющими тока вторичной обмотки. В результате чего кривая намагничивания теряет симметричность, так как одна ветвь заходит в область большего насыщения. Это приводит к уменьшению магнитной проницаемости сердечника, уменьшению индуктивности обмоток и увеличению тока холостого хода. Повышение тока холостого хода и рост потерь на гистерезис являются причиной дополнительных потерь, что приводит к увеличению габаритных размеров и массы сердечников трансформатора.

Полезная мощность выпрямителя -это мощность, выделяемая в нагрузке , где I₀ - постоянная составляющая выпрямленного тока.

Расчетная мощность обмоток трансформатора:

uде U₁, U₂- действующие напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора;

I₁, I₂- действующие токи в первичных и вторичных обмотках; т₁, т₂- соответственно число фазных первичных и вторичных обмоток.

Коэффициент использования первичной и вторичной обмоток трансформатора , .

Расчетная мощность трансформатора .

Коэффициент использования трансформатора ..

Обратное напряжение, приходящееся на один диод при работе его в выпрямительной схеме, определяется наибольшей разностью потенциалов между анодом и катодом за время, когда диод не проводит ток.

Действующий ток диода I_д. определяет его нагрев и потери мощности.

Средний ток диода I_д.ср. используют для нормирования допустимых токовых нагрузок полупроводниковых диодов.

Амплитудный ток диода I_д._m характеризует максимальный ток, проходящий через диод.

Внешней или нагрузочной характеристикой выпрямителя называется зависимость выходного напряжения от тока нагрузки U₀f(I₀), которой характеризуются рабочие свойства любого

Рисунок 3.8 – Внешняя характеристика выпрямителя:

источника тока, в частности выпрямителя (рис. 3.8). Внутреннее сопротивление определяется падением напряжения на трансформаторе и вентилях. Внешняя характеристика всегда носит падающий характер.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒