Коэффициент пульсаций напряжения во по первой гармонике

(7-22)

1 = 0,666 ]/1+4(1 - cos а)

позволяет определить относительное содержание первой гармоники в выходном напряжении:

Ki Kj{rnLC) - /1 +4 (1 -005 a)/(6(o2LC). (7.23)

До углов а я 90° расхождение между k,i и ие превышает 5 о и лишь при а = 150° приближается к 10%.

Сравнение показателей схемы с обратным диодом и схемы без обратного диода показывает преимущества первой схемы, подчеркнутые в начале настоящего парагра-

03 01

20° 0 50 SO 100° 120 140А Рнс. 7.7

фа. Чтобы проиллюстрировать эти преимущества в цифрах, подсчитаем показатели двух схем при диапазоне регулировки выходного напряжения, равном трем. Начальный угол регулировки amin выберем в начале крутого участка регулировочной характеристики, что соответствует примерно 30 и 20° для схемы с обратным диодом и без обратного диода. Выпрямленное напряжение, в три раза меньшее начального, получится для схемы с обратным диодом при ttmax = 112° и ДЛЯ схсмы бсз диода при amin = 71,5°. Коэффициент пульсаций схемы с обратным дгюдом будет меняться от 0,2/((oLC) при ttmin до 0,45/(coLC) при ttmax, а для схемы без обратного диода от 0,21/(со2£С) до l,06/(coLC). Угол запаздывания первой гармоники тока, потребляемого из первичной цепи, меняется при регулировке от 15 до 56° для схемы с обратным диодом и от 20 до 71,5° для схемы без диода. Критическая величина индуктивности, определенная для тах, будет ДЛЯ схсмы С обратным диодом равной 1,9 R/w, а для схемы без диода З со.

При меньшем диапазоне регулировки выходного напряжения показатели двух схем сближаются.

§ 7.3. Мостовые схемы с тиристорами

У мостовой схемы (рис. 7.8, а) выходное напряжение получается точно таким, как у обычной двухфазной схемы, и следовательно, определяется уравнением (7.1). Совпадают для этих схем все остальные показатели, за исключением формы и величины тока во вторичной обмотке трансформатора.

Можно построить мостовую схему выпрямителя с меньшим числом управляемых диодов, так как для управления достаточно включить один из двух последовательно соединенных диодов. В схеме рис. 7.8, б катоды управляемых диодов соединены вместе, схема управления двумя тиристорами может иметь один общий выходной зажи.м. В схеме

Д

Рис. 7.8

рис. 7.8, в катоды тиристоров имеют разные потенциалы, поэтому схема управления должна выдавать два самостоятельных противофазных переключающих импульса, гальванически не связанных между собой, что значительно ее усложняет. Показатели схемы рис. 7.8, б такие же, как и схемы рис. 7.8, в, за исключением меньшего диапазона регулирования, ибо первая схема без обратного диода не обеспечивает полного сброса тока нагрузки.

Отключение открывающих тиристоры импульсов приведет в схеме, изображенной на рис. 7.8, б, к запиранию лишь одного из тиристоров. Другой тиристор н два неуправляемых диода образуют схему однофазного выпрямителя, в котором из-за э. д. с, возникающей на дросселе фильтра, тиристор все время открыт. Среднее напряжение на нагрузке в этом случае будет равно Е,п/, как в однофазной схеме прн а = 0.

В схе.ме рис. 7.8, в диоды и выполняют роль обратного диода, поэтому в ней тиристоры разгружены от обратного тока и отключаются в конце каждого полупериода.

Когда управляемый выпрямитель является элементом стабилизи-роварпюго источника питания, от него не требуется такой широкий диапазон регулировки и форсировки сброса нагрузки, как в других схемах автоматического регулирования. Поэтому в стабилизаторах часто можно встретить и схему рис. 7.8, б.

§ 7.4. Схема регулируемого выпрямителя с вольтдобавкой

Построение регулируемых выпрямителей по схеме с вольтдобавкой (рис. 7.9, а) дает хорошие показатели. В этом случае минимальное напряжение на выходе обеспечивается обычным Еыпрям1г телём, состоящим из диодов Д^ и Д^, повышение напряжения дост1>-гается включением тиристоров 1\ и То, питающихся через добавочные вторичные обмотки трансформатора с числом витков wz-

При включении тиристоров выпрямленное напряжение е^, возрастая скачком, становится больше напряжения, подводимого к аноду открытого до этого диода, последний запирается. В максимальном режиме тиристоры открываются в самом начале каждого из полупериодов, полученное от них выпрямленное напряжение больше, чем напряжения на анодах диодов, Д1юды всегда закрыты.

Минимальное значение выходного постоянного напряжения в этой схеме:

£ 0111111 = 2£ ,/я, (7.24)

где Е, - амплитуда напряжения, снимаемого с основных вторичных

обмоток трансформатора с числом витков w2.

Максимальное- постоянное напряжение больше минимального в I раз, причем

= (аУ-2 + а^.1)М. (7.25)

Включение тиристоров при регулировке осуществляется с запаздыванием иа угол а по отношению к выпрямляемому напряжег1ию, поэтому выпрямленное напряже1И1е (рис. 7.9, б) при изменении со/ от О до а оппеделяется как

eo = £mSin со/,

(7.26)

а при изменении как

0 = т sin (о/.

со/ от а до л; - (7-27)

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения, передающаяся через фильтр LC на нагрузку,

а

£о = ~- £ , sinco/dco/ + о

а

tEni sin со/ dco/ =

Рис. 7.9

= if[(l+l) + (S-l)cosa].

(7.28)

Эта формула определяет регулировочную характеристику выпрямителя.

При очень большой индуктивности дросселя через него течет практически постоянный ток: = EjR. Такой же величины ток, но только в течение полупериода (рис. 7.9, в) протекает и по вторичным обмоткам трансформатора (ток фазы).

На интервале О < со/ < а ток фазы протекает по обмотке w, а на интервале а < со/ < л - по обмоткам W2 и w, (рис. 7.9, г). В силу

этого ток первичной обмотки имеет своеобразную форму (рнс. 7.9, д) со ступенькой прн со/ = л -- а.

Фаза первой гармоники тока первичной обмотки совпадает с фазой выпрямляемого напряжения только при а = О и а = л. Во всех остальных случаях первая гармоника тока отстает от напряжения на угол гр. Минимальное значение косинуса ф определяется довольно просто:

(cos ф)п1И1 = 21 (-Ь 1).

(7.29)

Полученные соотношения соответствуют прямоугольной форме импульсов тока в фазах выпрямителя. Чтобы реальный ток по форме был близок к прямоугольному, индуктивность дросселя должна быть значительно больше критической. Для определения величины критической индуктивности можно пользоваться соотношением

(7.30)

Подсчет пульсаций напряжения на нагрузке при произвольных значениях и а весьма сложен. Однако при а = О и а = л форма выпрямленного напряжения такая же, как и у неуправляемого двухфазного выпрямителя. В этих двух случаях пульсации одинаковы и равны

= 0,16/((o2LC). (7.31)

При промежуточных значениях а пульсации больше и достигают максимума при а = л/2. Поэтому рассчитаем пульсации только для а = 0,5л и произвольном . Последовательность расчета примем такой же, как и в гл. VI.

Рассчитанные величины перепадов напряжения на конденсаторе

Д()=С02£С (f/cniax-Cmin)/£,

(7.32)

в широком диапазоне изменения отличаются от 0,2 не более чем на ±7%. Поэтому, аппроксимируя зависимость Д() прямой, можем записать

А = 0,2,

(7.33)

что дает для коэффициента пульсаций хорошее приближение:

Д (1) Ej{2EoaLC) 0,1 л|/[(й2£С (I -f Ю]- (7-34)

Регулируемые выпрямители с вольтдобавкой выполняют не только по обычной двухфазной схеме с дифференциальным трансс}юрматором, но и по мостовой. Процессы в мостовых схемах протекают совершенно

аналогично процессам п обычной двухфазной схеме с тем лишь отличием, что одна вторичная обмотка трансформатора используется в течение двух полупериодов. Использова}ше трансформатора в мостовой схеме поэтому лучше.

§ 7.5. Включение тиристоров в цепь вь!пр53мленного тока

и в первичную обмотку трансформатора

При включении тиристора в цепь уже выпрямленного тока (рис. 7.10, а) с него снимается обратное напряжение. В такой схеме тир)!Стор работает успешно лишь при очень малом времени отключения. Поскольку в цепи выпрямленного тока обе полуволны выпрямленного напряжения имеют одинаковую полярность, необходимо успеть запереть тиристор в тот малый интервал времени, когда напряжение на выходе мостовой схемы близко к нулю. Это весьма жестко ограничивает частоту выпрямляемого напряжения.

Выпрямленное напряжение в этой схеме имеет такую же форму, как и в обычной двухфазной схеме тиристорного выпрямителя, но

действующее значение тока тиристора в 1/2 раз больше. Целесообразно применять в схеме полностью управляемые тиристоры, которые могут запираться и при анодном токе, не равном нулю.

Полностью управляемые тиристоры не только позволяют реализовать преимущества схемы с включением тиристора в цепь выпрямленного тока, ко и дают дополнительную возможность уменьшить реактивную составляющую тока, потребляемого выпрямителем из сети переменного тока. Такое качество выпрямитель получает при запирании тиристора импульсом, приходящим на управляющий электрод в моменты, соответствующие со/ = Ы - а.

Другой часто применяемой разновидностью схем включения тиристоров является приведенная на рис. 7.10, б схема с двумя тиристорами в первичной обмотке трансформатора. Включены эти тиристоры параллельно, но навстречу друг другу, так что обеспечивают пропускание двух полуволи перемешюго тока. Трансформатор выпрямителя дает возможность получить либо ток в нагрузке, больший тока тиристоров, либо напряжение на нагрузке большее, чем может выдержать тиристор. Выпрямленное напряжение получается по форме таким же, как и в обычной схеме двухфазного тиристорного выпрямителя.

Разнообразие тиристорных схем не исчерпывается приведенными, однако основные их особенности в рассмотренных схемах учтены. Формулы, полученные в предыдущих параграфах, гюзволяют рассчитать практически любую схему peгyлиpyeюгo выпрямителя синусоидального напряжении на тиристорах.

§ 7.6. Выпрямитель переменного напряжения прямоугольной формы с нагрузкой, начинающейся с индуктивности

Транзисторные преобразователи создают на выходе переменное напряжение прямоугольной формы (рис. 7.11,6), причем относительную длительность паузы между импульсами е/Т можно менять в широких пределах. Выпрямитель, работающий от такого преобразователя, имеет целый ряд особенностей. Главная из них - зависимость постоянного выходного напряжения от относительной длительности импульса. Это обстоятельство объединяет выпрямитель прямоугольного напряжения с регулируемым тиристорным выпрямителем. В тири-сторном выпрямителе регулировка выходного напряжения достигается воздействием на вентили, т. е. элементы самого вьшрями- теля, а в рассматриваемой схеме - воздействием на стоящий перед выпрямителем преобразователь.

В мостовой схеме выпрямителя (рнс. 7.11, а) э. Д. с. между выходными точками моста совпадает по форме с подводимой к выпрямителю переменной э. д. с. 1, но все импульсы имеют одинаковую полярность (рис. 7.11, б). В активную часть полупериода (интервалы {к - 1) Т < < / < {кТ - б) Дроссель подзаряжается от э. д. с. 0 го ток il нарастает. В пассивную часть полупериода (интервалы кТ - Q < t <кТ) дроссель разряжается на конденсатор и нагрузку, его ток гр спадает (рис. 7.11, в).

Зарядный ток (ij) протекает по вторичной обмотке трансформатора, двум диодам Дх и д4 или До и Дз, по параллельному соединению конденсатора С с нагрузкой R. Разрядный ток (/о) протекает через выходные зажимы (конденсатор и нагрузку), а в выпрямительном мосте разделяется между двумя параллельными ветвями, каждая из которых состоит из двух последовательных диодов Д^, Дз и Д^, Д4. (рис. 7.11,2). Э. д. с, возникающая в дросселе при спадании до нуля выпрямляемого напряжения, открывает все четыре выпрямительных диода и они работают как разрядные. По вторичной обмотке трансформатора протекает только зарядный ток дросселя (рис. 7.11, д).

С целью получения более простых расчетных соотношений примем емкость конденсатора С настолько большой, что пульсации напряжения на нем получаются малыми. Тогда прп расчете токов в дросселе можко считать напряжение на нагрузке (0 постоянным и равным Е^. При

2Т-8 2Т t

Рис. 7.11