Главная  Электроустройства и узлы радиосистем на постоянном токе 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [ 18 ] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

Здесь учтено, что выпрямленный ток /о распределяется поровну между фазами вторичной обмотки.

Для действующего значения тока первичной обмотки рассматриваемой схемы выпрямителя, предположив угол перекрытия фаз и ток холостого хода равными нулю, получим

/я/3 5я/3

(1/2я) 5 (2V3)2dco/ + (l/2n) 5 (-/o/3f doo/0,47/ n. - л/3 зт/3

(6.67)

Постоянная составляющая тока каждой из фаз создает нескомпен-сированные ампер-витки и, следовательно, на трансформатор действует вынужденное иодмагничивание.

Однако действие этого иодмагничивания несколько иное, чем в однофазной схеме. В трехфазной схеме постоянные составляющие намагничивающих сил на каждом фазовом стержне направлены в одну и ту же сторону. Поэтому трехфазный трансформатор при работе выпрямителя превращается в три параллельно соединенных электромагнита. Магнитный поток вынужденного подмагничивания замыкается через воздух вокруг трансформатора. Магнитное сопротивление 1 воздушного промежутка очень велико и даже при больших ампер-витках поток вынужденного подмагничивания получается настолько малым, что с ним можно не считаться.

В однофазной схеме поток вынужденного подмагничивания замыкается через сердечник, магнитная проницаемость которого велика, и даже небольшие магнитодвижущие силы вызывают значительные индукции в сердечнике. В трехфазных выпрямителях небольшой мощности часто применяют трн однофазных трансформатора вместо одного трехфазного. Каждый из этих однофазных трансформаторов включается самостоятельно в одну из фаз схемы. В этом случае поток вынужденного подмагничивания в каждом из трансформаторов замыкается по сердечнику и достигает большой величины. Поэтому в простой трехфазной схеме такая замена трехфазного трансформатора недопустима.

§ 6.5. Схемы выпрямителей

Принято классифицировать схемы выпрямителей по числу выпрямленных фаз переменного напряжения. Различают одно-, двух-, трех- и шестифазные схемы. Выпрямители с большим числом фаз встречаются редко.

Число выпрямленных фаз совпадает с числом вторичных обмоток, и числом вентилей только в простых схемах выпрямителя, построенных по основному принципу, рассмотренному в начале настоящей главы. Эти схемы при m > 3 характеризуются плохим использованием трансформатора и его сложностью.

Для лучшего использования трансформатора прибегают к комбинированному включению его обмоток, т. е. построению многофазной схемы с уменьшенным числом вторичных обмоток. Уже была рассмот-

рена мостовая схема выпрямителя, которая, будучи двухфазной, построена на одной вторичьюй обмотке трансформатора. В некоторых схемах выпрямителей вентили подключаются ко вторичным обмоткам трансформатора таким образом, что получаются два самостоятельных выпрямителя, выходные напряжения которых, складываясь, создают повышенное постоянное напряжение.

Такое услол<иение схемы приводит не только к увеличению постоянного выходного напряжения, но и к уменьшению его переменных составляющих, из-за компенсации части гармоник. Комиенсируются те гармоники, которые оказываются противофазными в выходных напряжениях каждого из составляющих схему выпрямителей. В самых хороших схемах компенсируются первые и остальные нечетные гармоники пульсаций каждого из выпрямителей, поэтому в них не только уменьшаются пульсации, но и повышается их частота, что облегчает последующую фильтрацию напряжения.

По изложенным причинам при определении числа фаз в выпрямительной схеме лучше всего исходить из распределения выпрямленного тока между вентилями, т. е. из доли постоянного тока нагрузки, приходящейся на один вентиль. Параллельное включение вентилей принимать при этом во внимание не следует.

В основных схемах выпрямителей, рассмотренных в предыдущих разделах, постоянная составляющая тока вентиля определялась делением тока нагрузки на число фаз:

h. = IJtn. (6.68)

По этому соотношению можно определять фазность выпрямителя в сложных схемах. В .характеристике выпрямительной схемы нужно указывать число фаз, число вентилей, число вторичных обмоток трансформатора и частоту первой гармоники пульсаций. выпрямленного напряжения. В основной схеме выпрямителя число фаз, число вторичных обмоток и число вентилей совпадают и равны т, а частота первой гармоники пульсаций в т раз больше частоты выпрямляемого переменного напряжения.

§ 6.6. Однофазные схемы выпрямителей

Основная однофазная схема характеризуется относительно плохими показателями выпрямления. В ней плохо используется трансформатор, получаются большие пульсации выпрямленного напряжения прн низкой их основной частоте. Помимо этого, однофазные, как и двухфазные, схемы создают несимметричную нагрузку на трехфазную сеть.

Однако простота однофазных схем заставляет отдавать им предпочтение перед многофазными в целом ряде случаев, в особенности при получении высоких напряжений при малых токах нагрузки. Более часто из однофазных схем применяют основную схему, схему удвоения и схемы умножения напряжения.

Основную схему (см. рис. 6.18, а) применяют только нри нагрузке, начинающейся с емкости. Формы и величины токов в обмотках тран-



VAp = 0,5 {VA, + VA,) = 0,5 [VD{A)-\ + 0{А)\В (A) P,. (6.70)

Наиболее часто значение функции А (9) получается около 0,1. Такому значению соответствует 9 = 35°, В (А) = 0,94 и D (Л) = 2,5. Подставив эти числа в формулу, получим VA,p = 2,25 Р^, т. е. среднее значение коэффициента а^р для однофазной схемы равно 2,25.

Полученный результат показывает, что в обмотках трансформатора однофазного выпрямителя велики переменные составляющие токов по сравнению с током нагрузки. Из-за них габаритную мощность трансформатора приходится увеличивать более чем в 2 раза по отношению к выпрямленной мощности. Это один из существенных недостатков схемы. Другими недостатками являются: наличие вынужденного подмагничивания, малая частота пульсаций и большая их величина (т = 1!), большие потери в схеме от переменных составляющих токов, значительное выходное сопротивление (малое число фаз).

Но данной схеме свойственны и некоторые достоинства. Как уже отмечалось, она прежде всего проста (один вентиль, трансформатор всего с двумя обмотками), а второе - относительно небольшое полное напряжение на вторичной обмотке трансформатора, так как среднее значение коэффициента В {А, х) близко к единице и Uq.

Пиковое значение обратного напряжения на вентиле, равное на основе (6.36) удвоенной амплитуде 2£2ш. ориентировочно получается почти в три раза больше выпрямленного:

£обр m = 2Е,т = 2 V2 и,В (Л) 2,ти,.

(6.71)

Схема удвоения напряжения (рис. 6.21, а) представляет собой два однофазных выпрямителя, построенных на одной вторичной обмотке трансформатора. На нагрузке складываются их выпрямленные напряжения.

Относительно точки а (средней точки ветви, содержащей конденсаторы Су и Со) верхний и нижний выпрямители создают одинаковые постоянные напряжения Loi и Lo2. но противоположной полярности. Получается это потому, что верхний вентиль подсоединен ко вторичной обмотке своим анодом, а нижний - катодом.

Общее выходное напряжение, снимаемое с двух конденсаторов, равно их сумме:

U, = U,yU = 2U,y, (6.72)

сформатора, напряжение на нагрузке были рассчитаны раньше. Поэтому ограничимся лишь расчетом вольт-ампер трансформатора и перечислением достоинств и недостатков этой схемы.

Вольт-амперы вторичной обмотки, рассчитанные ранее [см. (6.45)],

VA=PoB[A)D{A).

Вольт-амперы первичной обмотки вычислим без учета тока холостого хода трансформатора, что дает

УАу = lypEy -п Vlfo Ejn = UJ,B (Л) VD{A)-\. (6.69)

Вольт-амперы всего трансформатора

Каждый из выпрямителей отдает в свою нагрузку ток Iq. Расчет величины коэффициента Л проводится для каждого из входящих в схему простых выпрямителей:

Л =яг/о/ 1 = 2я/-/,/о- (6.73)

По проводу, соединяющему точки а и б, протекают два одинаковых постоянных тока, причем в разные стороны. Суммарный ток, протекающий через провод, равен нулю, его можно исключить из схемы, т. е. построить выпрямитель по


схеме рис. 6.21, б.

Напряжения на каждом из конденсаторов Uq и о, имеют пилообразную форму. Наложив графики напряжений Uq и Uq на кривую э. д. с. вторичной обмотки трансформатора (рис. 6.21, в), определим интервалы времени, в течение'которых открыты вентили, и построим график тока во вторичной обмотке трансформатора. Этот ток равен сумме токов верхнего и нижнего вентилей (рис. 6.21, г). Ток вторичной обмотки не имеет постоянной составляющей и, следовательно, в схеме удвоения трансформатор работает без вынужденного подмагничивания.

Выпрямленное напряжение равно сумме напряжений Wqi и Wq, (рис. 6.21, д). Помимо

удвоения постоянной составляющей при сложении напряжений компенсировались первая и все остальные нечетные гармоники пульсаций. Таким образом, схема удвоения в отношении пульсаций ведет себя как двухфазная, хотя и состоит из двух однофазных выпрямителей.

Рабочий ток первичной обмотки имеет форму, совпадающую с формой тока вторичной обмоткн (рис. 6.21, ё), т. е. - ni, что позволяет записать

hpnh. (6.74)

Поскольку импульсы токов верхнего и нижнего выпрямителей не перекрываются во времени и отличаются только сдвигом по фазе, то действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора, как и в мостовой схеме, в ]/2 раз больше тока вентиля, т. е.

/2 = 1/2/3. (6.75)

Ток нагрузки, как в однофазной схеме, равен постоянной составляющей тока каждого из вентилей. Поэтому

L=-hD{A) . (6.76)



II для коэффициента использования вторичной обмотки по току соответственно имеем

ai = V2D{A). (6.77)

Выпрямленное напряжение из-за удвоения получается:

и,2Е,В{А). (6.78)

Следовательно, для схемы удвоения = 0,5Б(/1).

Вольт-амперы первичной и вторичной обмоток трансформатора одинаковы и для них имеем

VA,p = VA, = PqB {А)D {A)lV2, (6.79)

что дает примерное значение множителя вольт-ампер а^р 1,ьб.

Обратное напрял<ение на каждом из вентилей в рассматриваемой схеме оказывается относительно малым:

обр. т

= 2E,m = V2 и,В {А)


(6.80)

Рис. 6.22

В итоге отметим, что достоинствами схемы являются: получение повышенного напряжения на выходе, хорошее использование трансформатора, малое обратное напряжение, действующее на вентиль. К недостаткам схемы следует отнести ее повышенное выходное сопротивление из-за последовательного соединения двух выпрямителей.

Другие схемы умножения представляют собой комбинацию из ряда самостоятельных выпрямительных ячеек. Принцип их построения можнс пояснить на примере схемы удвоения рис. 6.22, а, которая отличается от предыдущей тем, что вторичная обмотка трансформатора одним из своих выводов соединена с нагрузкой, поэтому может быть соединена и с корпусом радиоустройства. Однако пульсацш1 на выходе такой схемы имеют основную частоту, равную частоте сети.

Напряжение на вентиле (обратное напряжение), равное сумме напряжений на конденсаторе и вторичной обмотке трансформатора (рис. 6.22, б, в), имеет пиковое значение, примерно равное удвоенной амплитуде 2Е2,п- Добавив еще одну выпрямительную ячейку (вентиль Дг. конденсатор Со), получим при малом угле отсечки выпрямленное напряжение, почти равное удвоенной амплитуде 2Е2т- Таким образом, в этой схеме достигается удвоение напряжения.

Продолжив логически данный принцип, можно построить схемы утроения, учетверения (рис. 6.23, а, б) и большего умножения напряжения. В них на конденсаторах Cj, так же как и в схеме удвоения,

получается выпрямленное напряжение, примерно равное амплитуде напряжения £. , на конденсаторе Со и всех последующих примерно равное удвоенной амплитуде.

Число вентилей или конденсаторов в схемах умножения оказывается равным коэффициенту умножения. Опуская подробности построения расчетных формул для схем умножения напряжения, ириве-

ни-pit-

л.Ъ пл. л

A,t дЛ дЛ ДЛ

и'о

Рис. 6.23

дем сами формулы. Так, для схемы умножения в /; раз сопротивление фазы выпрямителя следует определять как

л==0,5;7/,р-- г„,

а параметр А (е) по соотношению

А {B)nrp/R .

Действующее значение тока каждого из вентилей равно

h = hD (А), что для тока вторичной обмотки дает

/., = 0,707р/з

(6.81) (6.82) (6.83) (6.84)

и соответственно а/ = 0,707 р D{A).

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора следует определять по формуле

Е2:=Е,В{А)/р. (6.85)

Следовательно, для коэффициента схемы умножения имеем значение = В{А)/р.

Множитель вольт-ампер трансформатора для рассматриваемой схемы равен

a,p = 0,707D{A)B{A). . (6.86)

Обратное напряжение на каждом из вентилей схемы в два раза превышает амплитуду напряжения на вторичной обмотке:

обр ш

= 2Е,т.

(6.87) ш



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [ 18 ] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов