Мостовая схема нерегулируемого однофазного выпрямителя. Основные соотношения для выбора элементов схемы. Коэффициент пульсации. Внешняя характеристика

1-полупериодный выпрямитель

Процессы:

В промежутке t₀-t₁ потенциал анода выше потенциала катода. Через VD на нагрузку идет ток. В промежутке t₁-t₂ к вентилю приложено обратное напряжение: следовательно нет тока и напряжения на нагрузке.

Количественные соотношения:

(из условия равенства площадей)

-выпрямленное напряжение на нагрузке.

-действительное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

I_в-ток вентиля

2-хполупериоднаямостоваясхема:

(Вентили работают только половину периода-каждая пара вентилей)

Коэффициент пульсации:

Одной из характеристик качества преобразования является коэффициент пульсации.

Коэффициент пульсации - это отношение амплитуды основной гармонической составляющей выпрямленного напряжения к среднему значению.

Для однополупериодных выпрямителей:

Для двухполупериодных выпрямителей:

6. Мостовая схема нерегулируемого трехфазного выпрямителя. Основные соотношения для выбора элементов схемы. Коэффициент пульсации. Внешняя характеристика.

Схема Ларионова:

Основные соотношения:

Схема позволяет выбрать вентили на значительно меньшее обратное напряжение и прямой ток и значительное выходное напряжение на нагрузке (1,35 Uн).

Коэффициент пульсации:

Одной из характеристик качества преобразования является коэффициент пульсации.

Коэффициент пульсации - это отношение амплитуды основной гармонической составляющей выпрямленного напряжения к среднему значению.

Для 3-х фазной мостовой схемы:

Функциональная схема регулируемого однофазного выпрямителя (мостовая схема). Принцип управления работой тиристоров. Угол включения тиристора. Регулировочная и внешняя характеристики выпрямителя.

В схеме попарно работают VS1 и VS4, VS2 и VS3.

ФСУ – фазосдвигающее устройство, ФИ – формирователь управляющих импульсов.Т.о., регулируя с помощью угол включения α имеем возможность регулировать площадь под кривой u_н(t), т.е. среднее значение выпрямленного напряжения u_нср.

Регулировочная характеристика. Внешние характеристики.

8. Емкостной и индуктивный фильтры выпрямленного напряжения. В каких случаях целесообразно применение того или иного фильтра?

Емкостной фильтр образуется конденсатором, подключенным к выходным клеммам схемы выпрямления, т.е. параллельно нагрузке ( рис.5 ). Напряжение на нагрузке в этом случае является напряжением на конденсаторе. Оно будет определяться процессами заряда и разряда конденсатора, поэтому носит сглаженный плавный характер.

Рис.5

Процессы изменення напряжения на конденсаторе и токов в цепях указаны на рис.5. При анализе трансформатор со схемой выпрямления можно считать за источник напряжения.

Рассмотрим установившиеся процессы периодических измененийнапряжения на конденсаторе. При повышении напряжения U_2T(t) наступит момент времени, когда оно станет равным напряжению на конденсаторе U_c(t). Дальнейшее повышение напряжения определит процесс заряда конденсатора, т.е. повышения напряжения на нем.

Для конденсатора с емкостью С этот процесс характеризуется постоянной времени T_п=CR, где R

- сопротивление цепи заряда. Оно мало и при анализе может быть принято равным нулю, т.e. T_п=0. Поэтому с момента t₁ напряжение U_c(t) будет равно изменяющемуся напряжению U_2T(t). Начинается интервал времени заряда конденсатора и протекания тока через пару диодов V1 и V4. Снижение напряжения на конденсаторе, разряжающегося на резистор R_H, описывается уравнением U_c(t)=U_2Texp(t/T_п), где Т_п – постоянная времени процесса.

В начале снижения напряжения U_2T(t) скорость его уменьшения будет мала и напряжение U_c(t) по-прежнему будет равно ему. С момента времени t₂ процессы изменения этих напряжений станут различными.

Конденсатор разряжается на сопротивление R_н до момента t₁ следующего периода изменения напряжения U_2T(t). Далее процесс заряда конденсатора аналогичен, но ток заряда протекает через диоды VЗ и V2. Периодическое повторение процессов заряда и разряда конденсатора определяет характер изменения напряжения на нагрузке R_н.

Выбор диодов в схему выпрямителя по номинальному току и обратному напряжению часто требует поправочных коэффициентов к соответствующим формулам. Ток через диоды при наличии емкостного фильтра протекает короткими импульсами. При выборе диодов только по

постоянной составляющей в р-п-переходе во время импульса могут возникать опасные локальные перегревы. В ряде схем выпрямления применение емкостного фильтра приводит к увеличению обратного напряжения на диодах. В справочной литературе приводятся значения необходимых поправочных коэффициентов.

Емкостной фильтр широко используется в источниках питания электронных устройств.

Индуктивным фильтром является катушка с ферромагнитным сердечником, называемая дросселем.

Дроссель включается последовательно в цепь тока нагрузки (рис.6). Индуктивность дросселя приводит к уменьшению пульсаций за счет действия ЭДС самоиндукции.

Рассмотрение процессов в цепи нагрузки выпрямителя с индуктивным фильтром выполним, применив широко используемый в электронике метод анализа по отдельным гармоническим составляющим токов и напряжений.

Рис.6

Напряжение на входе схемы несинусоидальное. Представление этой функции в виде ряда Фурье является уравнением, соответствующим уравнению в общем виде:

Постоянная составляющая этого напряжения U_2ср=2U_m/π вызовет соответствующую составляющую тока нагрузки:

Амплитуда каждой из составляющих тока нагрузки будет

,

Где n=2,4,6… - номер гармонической составляющей соответственно 100, 200, 300 Гц и т.д.

и т.д.

Суммируя все составляющие, получим аналитическое выражение U_н(t). Принципиально ток нагрузки будет иметь одинаковый с напряжением U₂(t) гармонический состав. Но возрастание индуктивного сопротивления дросcеля с увеличением номера гармоники приведет к начительному снижению амплитуд высших гармоник. Практически при некотором значении тока I_нср ими можно пренебречь. Сглаживающее действие фильтра зависит от величины.

В режиме холостого хода ток в цепи дросселя не протекает, U_H (t)=U_t(t)~ 0 фильтр не действует. Подключение нагрузки R_н и дальнейшее уменьшение ее сопротивления приводит к относительному возрастанию индуктивного сопротивления в полном сопротивлении - цепи нагрузки. Обеспечивается повышение эффективности работы фильтра.

За основу расчета индуктивности дросселя часто принимается несоизмеримость сопротивлений для первой гармонической составляющей в режиме номинального тока нагрузки.

Отдельно дроссель как фильтр применяется редко. В условиях питания постоянным током различных устройств электрооборудования индуктивным фильтром является индуктивность нагрузки. На пример, индуктивность обмотки возбуждения электродвигателя, обмотки тягового электромагнита.