книги / Физические основы электроники
..pdfРис. 7.17 у///////////////////////////////////м ^
/, = — |
J l l - 11 = ^ - л / я 2 - 1 . |
(7.50) |
” тр |
Лтр |
|
Для двухполупериодной схемы с нулевым выводом
1\ = J _ V 2 /2 = -L -
Л, |
ТР |
тр |
Для однофазной мостовой схемы
/. = — |
/, = — L |
тр |
тр |
(7.51)
V2
D_
(7.52)
V T
При активно-индуктивной нагрузке. Как известно, в однополупериодных схемах выпрямителей индуктивность не применяют в качестве фильтра, так как пульсации тока в на грузке практически не уменьшаются даже при значительном увеличении индуктивности (ток всегда меняется от 0 до h шах) (рис. 7.17).
В двухполупериодных выпрямителях (рис. 7.18) в отличие
от чисто |
активной нагрузки |
|
ток id в |
цепи нагрузки Ld,Rd |
|
сглажен (рис. 7.19). |
|
|
К концу положительного |
6— ^ |
|
полупериода ток /в в вентиле |
JU ц |
|
В\ вследствие воздействия ин |
||
дуктивности не спадает до ну- |
||
'//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////л
Рис. 7.19
у / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /// /////////л
ля. В момент времени t = = тс ток вентиля Вг уме ньшается до некоторой величины, которая в ус тановившемся режиме работы схемы равна то ку вентиля В\ в момент времени Г= тс. В послед нийполупериод, когда напряжение верхней по-
луобмопси трансформатора становится положительным, ток снова переходит к вентилю В\.
Величина пульсаций тем меньше, чем больше индуктив ность Ld. Анодные токи вентилей имеют форму прямоуголь ников длительностью тс с наложенной переменной состав ляющей пульсаций. Эффективный ток вторичной обмотки трансформатора при toL d » Rdопределяется формулой:
/- i -
и' ~ Л '
Максимальный ток вентиля в этом случае будет равен /„max = Id- Напряжение на вентиле по форме такое же, как и
при активной нагрузке.
Расчет параметров двухполупериодной схемы с нулевой точкой производят по следующим формулам:
параметры трансформатора
— = 1,11; |
I , |
4 ’ |
i |
= |
|
и , |
L |
п. |
* d |
||
' d |
1 d |
** |
1 d |
п тр |
где Рт— типовая мощность трансформатора;
параметры вентилей
Uобр.тах |
\_ |
тс |
и* |
= тг; |
2 ; |
2' |
параметры нагрузки
^ - = 2; 2 = 0,667.
Jсети
7.4.Умножители напряжения
Умножителями напряжения называются выпрямительные схемы, величина выходного напряжения которых на холостом ходу в два и более раз превышает амплитудное значение на пряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора. В качестве дополнительных источников ЭДС, предназначенных для увеличения выходного напряжения, в этих схемах приме няются конденсаторы, периодически заряжаемые при помощи вентилей. На рис. 7.20 представлена однополупериодная схе ма удвоения напряжения. Схема состоит из трансформатора, двух конденсаторов Ci и Сг, двух вентилей Bi и Вг, образую щих два однополупериодных выпрямителя. Первый из этих выпрямителей состоит из вентиля В\, конденсатора Сi и со противления Ri, а второй — из конденсатора Ci, вентиля Вг и конденсатора Сг. Нагрузка R включена параллельно зажимам конденсатора Сг. Пренебрегая сопротивлением обмотки тран сформатора и прямым сопротивлением вентилей можно, ска зать, что в течение положительного полупериода, когда по тенциал точки а является положительным, а потенциал точки б — отрицательным, конденсатор С\ заряжается через вентиль Вг и ограничивающий резистор R\ до напряжения Вгмакс.
В течение следующего полупериода, когда потенциал точ ки а становится отрицательным, а потенциал точки б — по ложительным, вторичная обмотка трансформатора оказывает-
ся соединенной с конденсатором С\ таким образом, что напряжение на их зажимах суммируется. Под воздействием этого суммарного напряжения конденсатор Сг заряжается до напряжения Шгмакс.
Обратное напряжение, приходящееся на каждый из вен тилей, равно IUIUAKC. Во время отрицательного полупериода вентиль В\ находится под обратным напряжением, равным сумме амплитуды напряжения на зажимах вторичной обмот ки и амплитуды напряжения на зажимах конденсатора С\, т.е.
Uобр — Uiuaxc Uс1 * 2 (Лмакс. |
(7.53) |
Во время положительного полупериода к электродам вен тиля приложено обратное напряжение
t/обр = [/2макс —Uс1 + и Сг й! 2 U2макс- |
(2-54) |
V////////////7/////////////////M^^ |
|
|
Основным недостатком |
|
|
этой схемы является боль |
|
|
шая частота пульсации, ра |
|
|
вная частоте сети. |
|
|
На рис. 7.21 приведена |
|
|
двухполупериодная |
схема |
|
удвоения напряжения. Пер |
|
|
вый выпрямитель |
состоит |
|
из вентиля В\ и конденса |
|
|
тора Ci, второй — из вен |
|
|
тиля Вг и конденсатора Сг. |
|
|
Нагрузка включена |
парал |
|
лельно двум конденсаторам |
|
|
Ci и Сг. |
|
|
Общее напряжение на выходе выпрямителя: |
|
|
Со = UCx + UC2 * 2 (/знаке, |
(7.55) |
|
1/обр — Ulмакс + Uc\ * 2 (/2макс. |
(7.56) |
|
Можно построить схему утроения напряжения (рис. 7.22), добавив в схему, представленную на рис. 7.20, дополнитель ную цепочку, состоящую из вентиля Вг и конденсатора Сэ.
Комбинация из двух схем (см. рис. 7.20), работающих в разные полупериоды питающего напряжения, позволяет по лучить умножение в 4 раза, а если использовать в этой схеме добавочную цепочку из вентиля и конденсатора, то получает ся пятикратное умножение напряжения.
7.5. Трехфазные выпрямители
Рассмотрим работу трехфазной мостовой схемы с нуле вым выводом (рис. 7.23). Она состоит из трехфазного транс форматора Тр с выведенной нулевой точкой и трех вентилей Bi, Вг, Вг. Первичная обмотка трансформатора соединяется либо в звезду, либо в треугольник, вторичная — в звезду или в зигзаг.
Трехфазная схема с нулевым выводом представляет собой сочетание трех однополупериодных выпрямителей, питаю
щихся тремя симметричными напряжениями, сдвинутыми по фазе на 120°, и работающих на одну общую нагрузку. Схема является однотактной, так как токи во вторичных обмотках трансформатора протекают лишь один раз за период.
На рис. 7.24, а— е изображена диаграмма напряжений и токов в трехфазной мостовой схеме с нулевым выводом.
На рис. 7.24, а изображены кривые фазных напряжений на зажимах вторич ных обмоток транс форматора wi, «2, иг.
В трехфазном выпрямителе в лю бой произвольно вы бранный момент вре мени ток проводит вентиль, анод кото рого находится под наибольшим поло жительным потенци алом. Так, например, в течение промежут ка времени t\—(г (т.е. в течение 1/3 пе риода) анод вентиля В\ находится под наибольшим поло жительным потенци алом (см. рис. 7.24, а) и поэтому ток проходит от точки а (см. рис. 7.23) через вентиль В\, нагруз ку R и возвращается к обмотке первой фа зы через точку 0. В течение промежутка
'/////////////////////////////////////////////////////л
ts—19 наибольший потенциал будет на аноде вентиля В2, в течение промежутка t9— /13 — на аноде вентиля Вг и т.д. Та ким образом, вентили В\—Вг работают поочередно, каждый в течение 1/3 полупериода. Направления токов через нагрузку совпадают, следовательно, схема обладает выпрямительными свойствами.
На рис. 7.24, б приведены кривые выпрямленного тока /о и напряжения «о. Так как падение напряжения в обмотках трансформатора и вентилях равно нулю, то форма выпрям ленного напряжения имеет форму огибающей фазовых на пряжений вторичных обмоток трансформатора. На рис. 7.24, в—д показаны токи через вентили и соединенные с ними по следовательно вторичные обмотки трансформатора. Из этих кривых видно, что каждая из вторичных обмоток нагружена током только в продолжении 1/3 периода и поэтому вторич ные обмотки трансформатора используются не полностью. Как и в однофазной однополупериодной схеме, наличие по стоянной составляющей тока во вторичных обмотках вызы вает вынужденное намагничивание сердечника и связанное с этим увеличение намагничивающего тока в первичных об мотках трансформатора.
Постоянная составляющая МДС в каждом из стержней взаимно компенсируется, поэтому токи первичных обмоток не содержат постоянных составляющих. Форма тока в пер вичной обмотке одной из фаз приведена на рис. 7.24, е. Ос новные соотношения трехфазной схемы с нулевым выводом:
действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки
Ur - 0,855Uo, |
(7.57) |
где Lh — постоянная составляющая выпрямленного напряже ния;
Uo = 0,826 С/г макс, |
(7.58) |
действующее значение тока вторичной обмотки
h ~ 0,587/о; |
(7.59) |
действующее значение тока первичной обмотки транс форматора
1\ = — 0,48/о. |
(7.60) |
К т |
|
Типовая мощность трансформатора определяется по фор муле
Ртип = | Ро (1,23 + 1,48) = 1,35Ро. |
(7.61) |
Обратное напряжение, приходящееся на один вентиль,
f/обр = 2,44 • 0,855Uo = 2,09Uo. |
(7.62) |
Среднее значение тока через каждый вентиль в 3 раза меньше выпрямленного тока:
/в = —/о. |
(7.63) |
3 |
|
Частота основной гармоники равна утроенной частоте тока
/о.г = 3/сетн. |
(7.64) |
Коэффициент пульсации
Кп = —°--м-кс- , |
(7.65) |
Uoг.макс = — Uo, тогда Кп = 0,25.
4
Трехфазная мостовая схема Ларионова. Эта схема (рис. 7.25) состоит из трехфазного трансформатора Тр и шести вентилей В\ — Be. Первичная и вторичная обмотки транс форматора могут соединяться по любой схеме как в звезду, так и в треугольник. Вентили соединены в две группы: катод ную, в которой катоды трех вентилей соединены вместе, и анодную, в которую соединены вместе аноды. Трехфазная мостовая схема представляет собой сочетание двух трехфаз ных выпрямителей, включенных последовательно и питаю щихся от обеих обмоток трансформатора напряжениями, сдвинутыми по фазе на 180°. Схема является двухтактной, так как токи во вторичных обмотках протекают как в одном, так и в другом направлении; она является также двухполупериодной, так как выпрямляет напряжение как за положительную, так и за отрицательную часть периода. На рис. 7.26, а—д изо бражены диаграммы напряжений и токов в трехфазной мос товой схеме.
На рис. 7.26, а изображены кривые фазных напряжений на зажимах вторич ных обмоток транс форматора т, иг, иг. 4 На рис. 7.26, б, в приведены кривые выпрямленных на пряжений и токов для выпрямителей с катодной и анодной группами вентилей. Из этих кривых вид но, что выпрямлен
ные напряжения и
вг
токи двух трехфаз ных выпрямителей сдвинуты по фазе на
180°. Оба выпрямителя соединены между собой последова тельно, поэтому в любой произвольно выбранный момент времени напряжение на зажимах нагрузки представляет собой сумму мгновенных значений напряжений на выходе каждого из трехфазных выпрямителей.
На рис. 7.26, г приведена форма кривой выпрямленного напряжения ио и тока /о, построенной путем суммирования ординат кривых рис. 7.26, б ив.
На кривых (см. рис. 7.26, б и в ) указаны номера вентилей, работающих в течение каждой трети периода. Так как оба вы прямителя работают одновременно, то ток через нагрузку всег да проходит через два последовательно соединенных вентиля.
На рис. 7.26, г указаны номера вентилей, работающих од новременно (в течение 1/6 периода).
На рис. 7.26, д показан ток через вентиль В\, а на рис. 7.26, г — ток в проводе фазы 1 вторичной обмотки. Ток про текает в течение обоих полупериодов, поэтому вынужденное намагничивание сердечника отсутствует.