снижения постоянной составляющей выходного напряжения Uq на величину порога выпрямления £ 0?-

Совместное влияние омических сопротивлений обмоток трансфор. матора и дросселя, индуктивности рассеяния, сопротивления потерь и порога выпрямления вентилей приводит к тому, что внешняя характеристика выпрямителя (выпрямленное напряжение) спадает круче, чем это дается выражением (6.29):

0 - ох

пор

hir + r + mfLs + rp), (6.33)

где eq = ejb (т) - выпрямленная э. д. с; г. - омическое сопротивление обмотки трансформатора; - внутреннее сопротивление

вентиля; mfL - часть выходного сопротивления, обязанная индуктивности рассеяния трансформатора; [ых h Гдр - омическое сопротивление обмотки дросселя.

Приведенное выражение определяет внешнюю характеристику лишь в том случае, когда индуктивность дросселя больше критической. Рис. 6.11 При токах нагрузки, меньших

некоторой величины, определяемой индуктивностью дросселя, стоящего в схеме, правая часть (6.17) становится больше левой и ток дросселя прерывистым. Выпрямленное напряжение в таком режиме оказывается большим, чем это следует из (6.33), что и отмечено на рис. 6.11. Прямая, представляющая уравнение (6.33), продолжена за область, где L < Lp, штриховой линией.

§ 6.3. Выпрямитель гармонического напряжения при нагрузке, начинающейся с емкости

Для того чтобы конденсатор С, шунтирующий нагрузку выпрямителя (рис. 6.12, а), сглаживал пульсации выходного напряжения, его емкость должна быть настолько большой, что при разрядке на сопротивление нагрузки, напряжение на конденсаторе спадает медленнее, чем уменьшается э. д. с. заряжавшей его перед этим фазы. Поэтому в некоторый момент напряжение на конденсаторе окажется большим э. д. с. любой из фаз вторичной обмотки трансформатора и все вентили будут закрытыми.

Длительность работы каждой из фаз будет меньше, чем 2л;/т. Это является характерным для выпрямителя, нагрузка которого начинается с емкости.

Возьмем в качестве модели вентиля идеализированный диод с потерями, а в трансформаторе учтем только омические сопротивления обмоток. Рассмотрение начнем с момента со/ = -п/т. В этот момент (рис. 6.12, в) напряжение на конденсаторе больше э. д. с. любой из фаз и все вентили закрыты. Разряжаясь, конденсатор создает на нагрузке экспоненциально спадающее напряжение.

/\ Л А А

При Ы = -01 спадающее напряжение на конденсаторе сравняется с возрастаюгдей э. д. с. первой фазы ei, вентиль этой фазы откроется н начнет пропускать ток. Ток вентиля частично идет на подзаряд конденсатора, а частично в нагрузку.

При зарядке конденсатора напряжение на нем растет и при угле б г сравнивается с уменьшающейся э. д. с. первой фазы. Вентиль закрывается и начинается разрядка

конденсатора на сопротивле- / 21

ние нагрузки, которая продолжается до угла 2л/т- 61.

При угле 2л/т-61 открывается вентиль второй фазы, конденсатор вновь подзаряжается и .т. д. За один период выпрямляемого напряжения поочередно срабатывают вентили всех фаз.

Определим ток вентиля, исходя из эквивалентной схемы открытой фазы (рис. 6.12,6). Разность э. д. с. фазы и выпрямленного напряжения Uq получается в данной схеме из-за падения напряжения на сопротивлении обмотки трансформатора и вентиле. Следовательно,

hi = (62/ - Щ)1г, (6.34)

где г =.Гв -f г^р - сумма сопротивлений трансформатора и вентиля. Таким образом, по форме ток вентиля совпадает с напряжением е^, равным разности э. д. с. фазы и выпрямленного напряжения о (рис. 6.12, 3, г).

Импульс тока вентиля Второй фазы совпадает по величине и форме с импульсом

тока первой фазы, но запаздывает на угол 2л/т (рис. 6.12,5).

Общий выпрямленный ток представляет собой сумму токов всех вентилей (рис. 6.12, ё) и, подтекая к точке а, делится. Часть его / течет через нагрузку, а часть ic через конденсатор. Ток, протекающий внагрузке, повторяет по форме выпрямленное напряжение (рис. 6.12, ж), а ток, протекающий через конденсатор, можно найти, Отняв ток нагрузки от общего выпрямленного тока (рис. 6.12, з).

Напряжение на вентиле первой фазы, равное = е^х - о. Меняется по сложному закону, правда, близкому к косинусоидальному

Рис. 6.12

(рис. 6.12, и), и положительно лишь в небольшой части периода (-02< /<б2)- Отрицательное обратное напряжение достигает максимума прн со/ л; и этот максимум, равный

£o6pm=l n( ) + E2m, (6.35)

значительно больше выпрямленного напряжения.

Увеличение сопротивления нагрузки приводит к уменьшению тока нагрузки и замедлению разрядки конденсатора. Поэтому э. д. с. первой фазы сравняется с выпрямленным напряжением несколько позже, т.е. угол 6i по абсолютной величине станет меньше (рис. 6.13, а)! При зарядке конденсатора в большее сопротивление нагрузки будет

ответвляться меньшая часть тока вентиля и, следовательно, конденсатор зарядится быстрее, а это вызовет уменьшение угла 62- Таким образом, уменьшение тока нагрузки привело к уменьшению углов отсечки тока (рис. 6.13, б), увеличению среднего значения выпрямленного напряжения и уменьшению его пульсаций. При токе нагрузки, равном нулю, конденсатор не разряжается и на нем создается постоянное напряжение, равное амплитуде з. д. с. Пика обратного напряжения на вентиль получается прн этом максимальной и равной

-обр m = ! 0 max + 2m I = SEgm- (6.36)

Из рассмотренного можно сделать вывод, что внешняя характеристика выпрямителя, работающего на нагрузку, начинающуюся с емкости, есть ниспадающая кривая (рис. 6.13, з), а угол отсечки зависит от тока нагрузки.

Величина емкости конденсатора сказывается не только на пульсациях выпрямленного напряжения, но и на форме импульса тока вентиля. При очень большой емкости конденсатора выходное напряжение почти постоянно и импульс тока симметричен, так как углы отсечки 01 и 02 равны.

При уменьшении емкости импульс немного искажается по форме и сдвигается в сторону опережения. .Угол отсечки 9i становится больше угла б 2-

В итоге необходимо отметить следующее:

1. При нагрузке, начинающейся с емкости, выпрямитель работает с отсечкой тока. Импульсы тока вентилей имеют длительность, меньшую Т/т.

2. Выпрямленное напряжение и ток нагрузки имеют пилообразную форму.

3. Форма импульса тока вентиля близка к косин^соидальной.

4. Чем больше тОк нагрузки, тем больше угол отсечки тока и тем ?еньше выпрямленное напряжение.

5. Величина емкости конденсатора определяет как напряжение пульсаций, так и отклонение от косинусоидальной формы импульса тока.

Расчетные соотношения для такого выпрямителя получаются весьма простыми, если принять напряжение на емкости постоянным, что равносильно установке конденсатора с бесконечно большой емкостью.

В этом случае усложнение модели вентиля не приводит к усложнению расчетных соотношений. Для учета порога выпрямления вентиля введем расчетное выпрямленное напряжение Uo, значение которого больше постоянной составляющей напряжения на выходе выпрямителя на величину порога выпрямления. При заданном постоянном напряжении на выходе б'озлд расчетное напряжение Uq определится как

0 - -/f) зад ~Ь -пор-

(6.37)

о 0,1 0,2 0,3 O.k 0.5 0,6 0,7 h Рис. 6.14

Так как в расчетной модели Vq - - const, то ток вентиля первой фазы,

как и токи других фаз, будет иметь точно косинусоидальную форму:

при

К = 21 = {Е^т COS со/ - Vlr

-е<со/<9.

(6.38)

Его постоянная составляющая

о

/ = Vm=(l/2n) \ /,6(co/ = (£2mSine-ef/o)/(ixr). (6.39) -о

Поскольку при со/ = 9 по определению угла отсечки э. д. с. фазы равна вьшрямленному напряжению: .

Е.2 cos 9 = 0, (6.40)

то нз (6.39) можно определить угол отсечки:

UrlV,m\gb-bA{b). (6.41)

Правую часть этого трансцендентного уравнения обычно обозначают как некоторую функцию угла отсечки Л (9). Графики функции А (е), позволяющие определить угол 9, приведены на рис.6.14.

Действующее значение э. д. с. фазы вторичной обмотки, необходимое для получения расчетного выпрямленного напряжения (Уо можно легко найти из (6.40) при известном угле отсечки:

£2 = 0,707£ 2 = о/(К2 cos 9) = и^В (8)

Или

a£ = J3(e), (6.42)

4 л. и. Иваион-иыганов

Здесь коэффициент В является функцией только угла отсечки.

Введение для ое рассматриваемой основной схемы специального обозначения В (о) удобно для дальнейшего сравнения схем выпрямления.

Функцию В (е) подсчитать легко, но при расчете выпрямителя нахол<дение самого угла отсечки не является обязательным. Поэтому чаще предпочитают пользоваться не самой функцией 5 (б), а однозначно связанной с ней функцией В (А).

График этой более сложной функции представлен на рис. 6.15, о кривой, соответствующей нулевому значению параметра х.

Для действующего значения тока вентиля и фазы (они равны в рассматриваемой схеме выпрямления) с помощью несложных преобразований получим формулу, в которой фигурируют лишь выпрямленный ток и безразмерная функция угла отсечки D (6):

h = l=\/ (1/2я) \ ild(t=:

о

-о

= (£W)1/ (1/я) J(cosco-cosG)2fi(co/ = /oD(e)/m, (6.43)

где коэффициент использования вентилей и обмоток трансформатора по току равен

a, = D{B) = 0,5 cos 26) - 0,75 sin 29]/(sin 9 - б cos 8).

Максимальное значение тока вентиля получается при со/ = О и равно

lm - (Е^т - UoVr = (/o/m) л (1 - COS 6)/(sin о - б COS б) = (/o/m) F (0).

(6.44)

По изложенным соображениям в справочниках приводятся не функции D (б) и F (б), а функции D (А) и F (А) (кривые, соответствующие X - О, на рис. 6.15, б, в).

Габаритная мощность вторичной обмотки трансформатора в рассматриваемой схеме:

или

VA2 = mEJo = U,I,B {A)D{A) a2,p = B{A)D{A),

(6.45)

так как ток вентиля и фазы вторичной обмотки в данной схеме одинаковы.

Некоторое затруднение в этом методе получается при расчете коэффициента пульсаций. Принимая Uq = const в начале расчета, тем самым пульсации приравнивают нулю. Однако при небольшом коэффициенте пульсаций ( < 0,12 н- 0,15) можно считать, что форма и величина импульса тока будут мало отличаться от той,

которая получится при е„ = const и все ранее выведенные расчетные соотношения дадут ошибку, не выходящую за пределы точности, необходимой при расчете выпрямителя.

jc=4 j 2 u5

1,2 1J

1,0 0,9 0,8 0,7

0 OJ 0,2 0,3 0,ц 0,5 0,6 А(в)

0 0,1 0,2 0,3 0,k 0,5А(в) 6)

F(A)

12 11

20000

10000

0 OJ 0,2 0,3 0,1, 0,5 0,6 AiOj

31000 2000 16000 8000

h(A)

15000 WOOO 5000

0 0,1 0,2 0,3 0,U 0,5 0,6 0,7 A (61

Рис. 6.15

От предварительного расчета выпрямителя никогда не требуют точности более 10%, так как параметры деталей и узлов выпрямителя Имеют больший разброс.