Материал: Физические основы электроники

Скачать

Заказать новую работу

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Выпрямители называются неуправляемыми, если величина напряжения на выходе выпрямителя Ed определяется только переменным

напряжением E2 на его входе:

Ed kсхЕ2 ,

(2.5)

где kсх – коэффициент пропорциональности, характерный для данной

схемы выпрямления, называемый коэффициентом схемы выпрямления.

К выходным параметрам выпрямителя относятся: номинальное среднее выпрямленное напряжение Uн. ср; номинальный средний вы-

прямленный ток Iн. ср; коэффициент пульсаций выпрямленого напря-

жения kп ; частота пульсаций выпрямленного напряжения; внутреннее

сопротивление выпрямителя.

Коэффициентом пульсаций называется отношение амплитуды первой гармоники колебаний выпрямленного напряжения к среднему значению выпрямленного напряжения.

Для классификации выпрямителей используют различные признаки и особенности их конструкции: количество выпрямленных полуволн (полупериодов) напряжения, число фаз силовой сети, тип сглаживающего фильтра и т. п.

По количеству выпрямленных полуволн различают однополупери-

одные и двухполупериодные выпрямители. По числу фаз – однофазные, двухфазные, трехфазные и шестифазные выпрямители.

По схеме включения вентилей различают выпрямители с парал-

лельным, последовательным и мостовым включением вентилей.

2.10.1. Однофазная однополупериодная схема выпрямления

Простейшей схемой выпрямителя является однофазная однополупериодная схема (рис. 2.23, а). Трансформатор Т играет двойную роль: он служит для подачи на вход выпрямителя ЭДС e2 , соответствующей

заданной величине выпрямленного напряжения Ed , и обеспечивает

гальваническую развязку цепи нагрузки и питающей сети.

Параметры, относящиеся к цепи постоянного тока, т. е. к выходной цепи выпрямителя, принято обозначать с индексом d (от английского слова direct – прямой): Rd – сопротивление нагрузки; ud – мгновенное

значение выпрямленного напряжения; id – мгновенное значение вы-

прямленного тока.

Благодаря односторонней проводимости вентиля ток в цепи нагрузки будет протекать только в течение одной половины периода

71

напряжения на вторичной обмотке трансформатора,

что

определяет

и название этой схемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i1

T i2

 

VD

 

 

 

 

 

ud

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

e

 

i

 

R

u

 

 

в

 

Ud

2

d

d

 

 

 

 

 

1

 

 

н

 

i2

id

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

г

Id

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i2 Id

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.23. Однофазный однополупериодный выпрямитель

Соотношения между основными параметрами найдем при следующих допущениях:

активным и индуктивным сопротивлением обмоток трансформатора пренебрегаем;

нагрузка имеет чисто активный характер;

вентиль VD идеальный;

током намагничивания трансформатора пренебрегаем;

 

ЭДС обмотки трансформатора синусоидальна: e2 2E2 sin θ, где

 

E2 – действующее значение ЭДС; θ ωt ; ω 2πf .

 

На интервале 0 π ЭДС e2 будет иметь полярность, прямую по от-

ношению к вентилю VD , вентиль открыт, и в цепи нагрузки протекает ток.

 

На интервале π 2π ЭДС e2 имеет противоположную полярность,

вентиль VD закрыт, и ток нагрузки равен нулю.

 

Тогда мгновенное значение выпрямленного напряжения (рис. 2.23, в)

 

ud

 

0 π

2E2 sinθ, ud

 

2π 0.

 

 

 

 

 

 

72

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения

 

1

2π

1

2π

 

2E

 

 

 

 

Ud

 

ud dθ

 

 

2E2 sinθdθ

 

2

0,45E2.

(2.6)

2π

2π

π

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мгновенное значение выпрямленного тока i

i

 

id

(рис. 2.23, г).

 

 

 

 

 

 

 

d

2

 

Rd

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Постоянная составляющая выпрямленного тока Id Ud .

Rd

Для данной схемы выпрямления среднее значение анодного тока вентиля Iа.ср Id .

Максимальное значение анодного тока

Iа.max

2E2

Id .

(2.7)

 

 

R2

 

Максимальное значение обратного напряжения на вентиле

Uобр. max

2E2 Ud .

(2.8)

Спектр выпрямленного напряжения имеет вид (разложение в ряд Фурье):

ud θ

2E2

 

 

2E2

sin θ

 

 

 

 

 

2

(2.9)

2

2E2 cos 2θ

2

2E2 cos 4θ .

 

3

 

 

 

 

15

Коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения, равен

kп

Uпульс max 01

 

2E

2

 

2E

2

 

π

1,57.

(2.10)

Ud

2

 

π

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Как видно, однополупериодная схема выпрямления имеет низкую эффективность из-за высокой пульсации выпрямленного напряжения.

Расчетная мощность трансформатора Т

P

P1 P2

,

(2.11)

расч

2

 

где P1 и P2 – расчетная мощность первичной и вторичной обмотки.

73

Действующее значение тока вторичной обмотки

 

 

 

 

I

2

 

 

1

 

2πi2dθ

 

I d

π

.

 

 

 

(2.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда P2 E2I2

может быть получена подстановкой I2 из выраже-

ния (2.12), а Id

Ud

– из выражения (2.6):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rd

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

Ed π

 

 

π

I

 

3,49P ,

 

 

 

(2.13)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

2

 

 

d

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

где Pd U d Id – мощность нагрузки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мощность первичной обмотки трансформатора

P1 E1I1 , где E1

и I1 – действующие значения ЭДС и тока первичной обмотки транс-

форматора; E

находится как E E

2

k

тр

,

где k

тр

 

w1

 

– коэффициент

w

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

трансформации; w1 и w2

– число витков первичной и вторичной обмо-

ток трансформатора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

1

 

2π

i2dθ,

 

 

 

 

 

(2.14)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2π

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где i1 – мгновенное значение первичного тока.

Из условия равенства намагничивающих сил первичной и вторич-

ной обмоток трансформатора

 

 

 

 

 

 

i1w1 i2

Id w2

0.

(2.15)

Находим i1 :

 

 

 

 

 

 

w2

 

1

 

 

 

i1 w1 i2

Id

 

 

i2 Id .

(2.16)

kтр

 

Поскольку i2 протекает во вторичной обмотке трансформатора только на интервале от 0 до π, а на интервале π 2π он равен 0, то

i

 

 

Id

1

πsinθ ;

 

 

 

 

 

1

 

0 π kтр

 

 

 

 

(2.17)

 

 

 

 

 

Id

 

i

 

 

.

 

 

 

 

 

1

 

π 2π kтр

 

 

 

 

 

 

 

 

74

Графическое изображение этой функции представлено на рис. 2.23, е. Оно является зеркальным отображением функции (i2 Id ), рис. 2.23, д,

но масштабы их отличаются в kтр раз. Подставляя значения (2.17) в выражение (2.14), получаем действующее значение первичного тока:

I 1,21

Id

.

(2.18)

 

1

kтр

 

 

 

Мощность первичной обмотки трансформатора

 

P1 E1I1 2,69Pd .

(2.19)

Подставляя (2.19) и (2.13) в (2.11), получаем расчетную мощность трансформатора:

P

 

P1 P2

3,06P .

(2.20)

 

расч

2

d

 

 

 

 

2.10.2. Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой

Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой представляет собой два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку Rd и питающихся от находящихся в противофазе ЭДС

(рис. 2.24, а) e2a и e2b .

Для создания этих ЭДС в схеме является обязательным наличие трансформатора T с двумя полуобмотками на вторичной стороне, имеющими среднюю точку.

На рис. 2.24, б, в, г, д представлены временные диаграммы для двухполупериодной схемы выпрямителя со средней точкой.

В случае чисто активной нагрузки и с учетом допущений (п. 2.10.1) для рассматриваемой схемы имеют место следующие основные соотношения:

1

π

 

 

 

 

2

2E

 

U

Ud π

 

2E2 sinθdθ

 

π 2 ;

Id

Rd ;

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

d

i

 

2E2

;

I

пр. ср

 

Id

;

 

(2.21)

 

2

 

пр. max

 

R

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

Uобр. max 2 2E2;

kп 0,66.

 

 

75

Смотрите также:

«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
Значение, сущность и содержание социально — педагогической деятельности в организации для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей
Проактивные методы PR-деятельности российских авиационных компаний «Россия», «Азимут»
__RGR2
__RGR2
_10_Эмиль Золя для эл версии
_11_А. Франс для эл версии
_2 тема-Дефекты (тезисы)