Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой трансформатора.

Вентильные схемы с нулевым выводом характеризуются тем, что токи во вторичных обмотках имеют одно направление и поэтому содержат постоянную и переменную составляющие. В зависимости от наличия броневой или стержневой магнитной системы для полной компенсации намагничивающих сил трансформатора обмотки следует располагать по-разному.

В дальнейшем будем рассматривать однофазную двухполупериодную однотактную схему, представленную на рис.3,а, при этом подразумевается, что в схемах рис.3,а и рис.3,б электромагнитные процессы протекают одинаково, т.е. обе схемы магнитно уравновешены.

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru

Рис.3. Двухполупериодная однотактная вентильная схема: а – с броневой магнитной системой; б – со стержневой магнитной системой

Вторичная обмотка трансформатора имеет секции Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru и Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru с напряжениями Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru и Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru , сдвинутыми по фазе на 1800.

Для напряжений секций Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru и Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru трансформатора имеем

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru ,

где Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru – действующее значение напряжения одной секции вторичной обмотки трансформатора.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru (9)
Действующие значения напряжения через коэффициент схемы Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru ; Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru ; Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru (10)

Постоянная составляющая выпрямленного тока

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru ,

а постоянная составляющая тока через один вентиль

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru (11)

Амплитуда тока вентиля

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru (12)

Когда вентиль 1 закрыт, на его катод с помощью токопроводящего вентиля 2 подается напряжение Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru .

Поэтому обратное напряжение на вентиле

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru ,

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru ,

а его амплитуда

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru (13)

Мгновенное значение первичного тока

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru .

Так как ток Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru меняется синусоидально, его действующее значение

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru (14)

Мощность трансформатора

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru (15)

Параметры трансформатора и вентилей несколько изменяются при работе выпрямителя на нагрузку Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru , когда Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru .

Действующее значение тока вторичной обмотки

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru .

Действующее значение напряжения вторичной обмотки

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru (16)

тогда мощность трансформатора

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru (17)

Амплитуда анодного тока вентиля Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru .

Остальные параметры вентилей такие же, как и при Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru .

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru

Рис.4. Кривые токов и напряжений двухполупериодной однотактной вентильной схемы: Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru – кривые токов и напряжений приведены на осях 2,3,4,5,6; Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru - 7,8,9,10

Работа выпрямителя на активную нагрузку при углах управления Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru

Пусть в момент времени Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru , т.е. с задержкой на угол Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru относительно перехода напряжения Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru через нуль (точка естественного включения вентиля1), на управляющий электрод вентиля Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru подается управляющий импульс (рис.5). Тогда вентиль Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru включится и в нагрузке Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru начнет протекать ток Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru под воздействием напряжения Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru . Начиная с этого же момента, к вентилю Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru будет приложено обратное напряжение Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru , равное разности напряжений

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru

двух вторичных полуобмоток.

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru

Рис.5. Диаграммы токов и напряжений однофазного выпрямителя при активной нагрузке и угле Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru

Вентиль Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru будет находиться в проводящем состоянии до тех пор, пока ток, протекающий через него, не спадет до нуля. Так как нагрузка активная и форма тока, проходящего через нагрузку, повторяет форму напряжения Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru , то вентиль Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru включится в момент

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru .

Поскольку через половину периода полярность напряжения на вторичной обмотке изменяется на противоположную, то при подаче управляющего импульса на вентиль Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru в момент

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru

он включится. Затем указанные процессы повторяются в каждом периоде.

Угол Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru , называемый углом управления или регулирования, отсчитывают относительно моментов естественного включения вентилей ( Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru ), соответствующих моментам включения неуправляемых вентилей в схеме.

Из рис.5 видно, что с увеличением угла Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru среднее значение выходного напряжения Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru будет уменьшаться.

Аналитически эта зависимость будет выражаться следующей формулой:

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru (18)

Обозначив через Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru найденное по выражению (9) среднее значение выпрямленного напряжения для неуправляемого выпрямителя

( Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru ),

получим средне выпрямленное напряжение для активной нагрузки:

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru (19)

Кривая 1 на рис.6 находится по выражению (19).

Среднее значение выпрямленного тока

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru   (20)    

В соответствии с (19) изменение угла Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru от 0 до Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru приводит к изменению среднего значения выходного напряжения от Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru до нуля.

Зависимость среднего значения выходного напряжения от угла управления Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru называется регулировочной характеристикой вентильного преобразователя.

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru

Рис.6. Регулировочные характеристики однофазного двухполупериодного выпрямителя: 1 – при активной нагрузке; 2 – при активно-индуктивной нагрузке

Заштрихованная область на рис.6 соответствует семейству регулировочных характеристик при различных значениях отношения

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru .

Если накопленной в индуктивности Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru энергии окажется достаточно, чтобы обеспечить протекание тока до очередной коммутации вентилей, то будет иметь место режим работы с непрерывным током Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru . При

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru

режим непрерывного тока будет существовать при любых углах Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru в диапазоне от 0 до Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru (кривая 2 на рис.6).

Рассмотрим зависимость внешней характеристики управляемого выпрямителя, регулировочной характеристик и диапазоном угла регулирования при различных значениях входного напряжения выпрямителя.

На рис. 7 приведены внешние характеристики Ud = f (Id) и регулировочные характеристики выпрямителя Ud = f ( Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru ). Параллельные внешние характеристики соответствуют различным величинам входного напряжения при неизменных сопротивлениях питающей сети. Величина сопротивления питающей сети и сопротивления выпрямителя определяют угол наклона внешней характеристики.

Максимальный угол регулирования ( Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru max) определяется для регулировочной характеристики при максимальном отклонении входного напряжения при заданном уровне выходного напряжения. При проектировании рекомендуется учитывать не только отклонение входного напряжения, но и потери на сопротивлении питающей сети и на внутреннем сопротивлении выпрямителя.

Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru

Рис. 7.

В качестве еще одного примера схемы выпрямления переменного тока рассмотрим двухтактный выпрямитель. Его еще называют однофазным диодным мостом. Его схема приведена на рисунке 8. Двухполупериодные схемы выпрямления однофазного тока - student2.ru
Рисунок 8. Принципиальная схема однофазного мостового выпрямителя

Временные диаграммы токов и напряжений этого устройства совпадают с временными диаграммами двухфазного однотактного выпрямителя со средним выводом трансформатора, приведенными на рисунке 3. В двухтактном выпрямителе присутствует только одна вторичная обмотка. Количество импульсов тока за период равно 2. Частота первой гармоники пульсаций в данном случае, как и для двухфазного однотактного выпрямителя вдвое выше частоты сети. Тем не менее, области применения этих блоков несколько отличаются. Для низковольтных выпрямителей лучше подходит схема, показанная на рисунке 3, так как в ней падение напряжения происходит только на одном диоде. В ряде случаев это настолько важно, что можно пренебречь возрастанием стоимости трансформатора. В преобразователях AC/DC с относительно высоким выходным напряжением лучше применять схему, приведенную на рисунке 8, так как на ее диодах действует одинарное обратное напряжение (в схеме двухфазного однотактного выпрямителя — удвоенное, так как напряжение на нагрузке и напряжение обмотки трансформатора складываются).

Лекция 3

Наши рекомендации