|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 2 3 4 5 6 7 8 ... 32 матора; q - равно единице или двум в зависимости от того, является ли схема выпрямления однотактной или двух- о т а К т н О И. Например, в трехфазном двухтактном выпрямителе число фаа выпрямления m = 3-2 = 6 (р = 3, q = 2). При определении схемы однотактной или двухтактной лучше всего исходить из того, сколько J ayлы;x)a.JГОкaJaюш фазную обмотку вторичной цепи трансформатора за период выпрямляемого тока. В двухтактном выпрямителе за период протекает через фазную обмотку трансформатора два импульса, а в однотактной схеме выпрямления - один импульс. Такое определение числа q соответствует иногда применяемым до сих пор названиям одно-полу пер йодного или двухпол упер йодного выпрямления. В схемах выпрямления с одновременным, умножением напряжения возможны однотактные и двухтактные схемы выпрямления. В некоторых случаях применяются также понятия симметричных и несимметричных схем. § 2-2. ОДНОТАКТНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ Однофазная однотактная схема выпрямления с активной нагрузкой показана на рис. 2-1, б. Действие схемы сводится к тому, что в те моменты времени, когда на аноде вентиля имеется положительный потенциал, ток протекает через вентиль, активное сопротивление нагрузки замыкается через вторичную обмотку трансформатора. Имея в виду включение силового трансформатора в сеть переменного тока с напряжением Wa UfnSmcdt, график которого показан на рис. 2-1, в, ток в грузке будет иметь форму импульсов в виде пол у синусоиды. Точно так же будет меняться и напряжение на нагрузке. Постоянная составляющая выпрямленного тока /о, представляющая собой среднее значение выпрямленного тока, протекающего за период через нагрузку, л sin Ш d (at т 0,318/ (2-3) О где - амплитуда тока через вентиль и обмотку трансформатора. Постоянная составляющая выпрямленного напряжения на нагрузке л Uo = foRn =-\Um sin Ы d iot = 0,318Um = 0,45(;2, (2-4) где Vm - амплитуда напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора, равная Y2U\ (/3 - действующее значение напряжения на зажимах вторичной обмотки трансфэрматора; R - сопротивление нагрузки. Поскольку ток одновременно протекает по замкнутой цепи тиль - нагрузка - трансформатор, то величина 1щ характеризует амплитуду тока через вентиль и вторичную обмотку трансформатора. Величина амплитуды тока и т т 3,14/о. (2-5) Действующее значение напряжения и* то ка во вторичной обмотке трансформатора и  2л  2л (2-6) [ Ih si h sin2 (0(0 = 0,5/ I,57/ . При вычислении действующих значений тока и напряжения используются табличные интегралы; \-sin 2(0 +4-(о^; Jsin (odo) = 0,5я, (2-7) о причем учитывается протекание тока через вентиль в течение одной половины периода (я-радиан).  Рис 2-2. Схема и графики напряжений т-фазной однотактной схемы выпрямления- В описываемой схеме действующее значение тока и напряжения в вентиле и нагрузке определяются соотношениями (2-6). Трехфазная однотактнаясхема выпрямления с активной нагрузкой показана на рис. 2-2, а, где даны лишь вторичные обмотки трансформатора при включении их по схеме звезда . Действие схемы рис. 2-2, а может быть рассмотрено как действие однотактной схемы с любым числом фаз выпрямления. В любой момент времени действует лишь одна фаза, которая в это время имеет наибольший положительный потенциал относительно нулевой точки обмоток трансформатора. Ток протекает через вентиль каждой фазы в течение 1/т-й части периода выпрямляемого тока. Чередование фаз выпрямления соответствует порядку следования фаз вторичной цепи трансформатора. Выпрямленный ток, являющийся суммарным током всех поочередно действующих фаз выпрямителя, имеет форму огибающей кривой, совпадающей с формой кривой э. д. с. фаз трансформатора (рис. 2-2, б). На основании теории рядов Фурье и в соответствии с обозначениями рис. 2-2, б можно определить необходимые расчетные соотношения. Постоянные составляющие тока и напряжения на нагрузке равны: л , л 2 т /(, \ 1т sin 0) d Ш л л т Sin - = у 2 и 5Ш (2-8)  Um sin (о/ diit Usxn - = у 2U.~ sm я * tn ~ тс ~ т Из соотношений (2-8) следует, что при одном и том же напряжении на зажимах вторичной обмотки трансформатора можно получить различные значения выпрямленного напряжения Uq, Поэтому практически представляет интерес определить, насколько целесообразно выбирать то или иное число фаз выпрямления т. На основании соотношений (2-8) получим: при числе фаз выпрямления m .... 2 3 4 6 12 оо отношение напряжений Uq/Uz .... 0,9 1,17 1,27 1,35 1,39 1,41 Очевидно, что выбирать большое число фаз выпрямления нецелесообразно, ибо, начиная с m = 6, схема выпрямления резко усложняется, а отношение напряжений увеличивается ненамного. В большинстве случаев достаточно ограничиться трехфазной схемой выпрямления, если мощность выпрямителя невелика и для сглаживания пульсаций не требуется сложный фильтр. Действующее значение выпрямленного напряжения  2 т л и l/.fi .4-sinl (2-9) 2 у \ tn m j Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора л л 75--Г т л л  т sm- . (2-10)  Как будет показано ниже, чем меньше отношение токов IJIq, тем полнее используются вторичные обмотки трансформатора по току. Поэтому надо выбирать такое число фаз выпрямления, чтобы, отношение токов было небольшим. На основании (2-10) можно определить отношение токов IJIq как функцию от числа фаз выпрямления: при m................... 2 3 4 6 12 /2 0.................... 0,78 0,58 0,5 0,41 0,29 Если учесть нежелательность усложнения схемы выпрямителя и увеличения числа вентилей, то выбирать m больше шести нецелесообразно. Амплитуда тока вентиля может быть определена на основании (2-8) в виде - = 1-Vo. (2-11) Sin- § 2-3. ДВУХТАКТНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ На рис. 2-3, а показана однофазная двухтактная схема выпрямления, которая часто называется однофазной мостовой схемой. В ней в течение одного полу пер иода выпрямленный ток протекает через вентиль 5, сопротивление нагрузки вентиль 5з и замыкается по вторичной обмотке трансформатора. В течение второго полупериода выпрямленный ток протекает через вентиль Ва, сопротивление нагрузки вентиль и замыкается по вторичной обмотке трансформатора. Следовательно, по нагрузке т ток протекает в одном направлении в течение всего периода выпрямляемого тока, а по вторичной обмотке трансформатора протекают два импульса тока, т. е. схема является двухтактной. На основании приведенных выше соотношений при m = 2 можно получить расчетные формулы для схемы рис. 2-3, а в следующем виде: г    Рис. 2-3. Схемы и графики токов и напряжений в однофазных двухтактных выпрямителях. постоянные составляющие выпрямленного тока и напряжения; о н (2-12) = Y2U sin0,9(7; действующее значение тока вентилей, соединенных последовательно, 0,78/о; (2-13) максимальное значение тока последовательно соединенных вентилей Вх - Вз или Bg - В4, т в О tn . Я 1,57/,; (2-14) Я действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора т в 1,11/ о (2-15) Из полученных соотношений следует, что ток вторичной об-гки тоанс(Ьооматооа не оавен tokv вентилей. Это обусловлено  тем, что за период выпрямляемого тока через вентили протекает один импульс тока, а через обмотку трансформатора - два импульса тока. Описанный процесс действия схемы рис, 2-3, а иллюстрируется графиками рис. 2-3, б. На рис. 2-3, в показана однофазная двухтактная схема выпрямления с нулевым выводом вторичной цепи трансформатора (со средней точкой обмотки). Обе половины вторичной обмотки участвуют в работе выпрямителя поочередног в первый полупериод цепь выпрямленного тока замыкается через вентиль В^, сопротивление нагрузки и обмотку трансформатора; во второй полупериод выпрямленный ток замыкается через вентиль Bg, сопротивление нагрузки и обмотку трансформатора. По нагрузке ток протекает в течение всего периода в одном направлении с полярностью, отмеченной на рис. 2-3, в. Описанную схему рис. 2-3, в, названную однофазной двухтактной схемой, лучше называть двухфазной однотактной. Ее действие соответствует данному выше определению числа тактов выпрямления, поскольку за период выпрямляемого тока в каждой половине повышающей обмотки трансформатора протекает один импульс тока. Кроме того, в технике переменного тока не применяется двухфазный ток в связи с трудностями его генерирования и отсутствием сетей двухфазного тока. В данной схеме осуществляется преобразование числа фаз выпрямляемого. тока: первичная обмотка трансформатора питается однофазным током, а на вторичной обмотке создается двухфазный ток. Для схемы рис. 2-3, в могут быть получены следующие расчетные соотношения: постоянная составляющая выпрямленного напряжения и о т . я т 0,9(/ ; (2-16) постоянная составляющая выпрямленного тока /о У2и, -4- sin я/? т максимальное значение тока вентиля (В^ или В^) О т . я sm 1,57/в; Я т (2-17) (2-18) действующее значение тока вентиля h==kV -f-- + sin 2 У п \ т т 0,78/о; (2-19) действующее значение тока каждой половины вторичной обмотки  2я , . 2я + sin т т (2-20) Трехфазная двухтактная схема выпрямления (трехфазная мостовая) с включением вторичных обмоток трансформатора по схеме звезда показана на рис. 2-4, а. В любой момент времени ток протекает через два последовательно соединенных вентиля, сопротивление нагрузки и обмотки двух фаз. Например, в течение времени, равного /g периода выпрямляемого тока (заштриховано на рис. 2-4, б), имеется наибольшее положительное напряжение между линейными проводами / и / фазы. В этот отрезок времени при полярности, показанной на рис. 2-4, а, ток замыкается через вентиль В^, сопротивление нагрузки вентиль 5б и последовательно соединенные фазные обмотки /- /. Спустя   Рис 2-4. Схема и графики токов и напряженип трехфазного двухтактного выпрямителя. Т/6 наибольшее положительное линейное напряжение будет между и / фазами, причем плюс на фазе, как это следует из рис. 2-4,6. Тогда ток замкнется через вентиль Вд, сопротивление /?н вентиль Bg и последовательно соединенные фазные обмотки - /. Указанный порядок следования фаз определяет, через какие пары вентилей протекает ток. Если изменить порядок следования фаз, то изменится сочетание последовательно соединенных вентилей. Таким образом, в течение каждого периода выпрямляемого тока через каждую фазную обмотку трансформатора протекают два импульса тока, длительность каждого из которых составляет Т/6; через каждый вентиль протекает ток в течение Т/3 в виде двух импульсов с длительностью каждого Т/6. Схема рис. 2-4, а может быть рассчитана по приведенным выше расчетным соотношениям для многофазных однотактных схем выпрямления, если в них подставить m = 6, При этом получим: постоянную составляющую /о = 27; -- = h35U = 2,34 (2-21) постоянную составляющую выпрямленного напряжения f/o-= /2(; 4 si -f = l,SW = 2MU,; (2-22) действующее значение тока вторичной обмотки каждой фазы трансформатора tt TrrHiU--rUJ-L -ГМ~ ------ -- ----- Я я Т т Л л  /2 = т1/ \ /sin-&)do)/ = 0,817/o; (2-23) т максимальное значение тока через последовательно соединенные вентили /т--/о- (2-24) т . я 8Ш я т действующее значение тока вентилей  2 га / ==1/ J P sinu)fd&)/ = 0,58/o. (2-25) Я Я § 2-4. ОБРАТНОЕ НАПРЯЖЕНКЕ В СХЕМАХ ВЫПРЯМЛЕНИЯ Напряжение, приложенное к вентилю в той части периода, в течение которого ток не протекает, называется обратным напряжением, причем имеется в виду такая полярность этого напряжения, когда плюс на катоде и минус на аноде или соответственно заменяющих их электродах вентиля. В случае многофазных схем выпрямления с активной нагрузкой, как, пример, в схеме рис. 2-5, й, максимальное значение обратного пряжения равно сумме абсолютных значений напряжений грузке и наибольшего отрицательного напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора, т. е. обр, макс = 0 ~Ь i 2макс > (2-26) определяемое по графику рис. 2-5, б. В однофазной однотактной схеме выпрямления с активной грузкой обратное напряжение, как это видно по схеме и из соотношения (2-26), равно амплитуде напряжения на вторичной обмотке трансформатора, т. е. f/o6p = f/2ra-3,14(70. (2-27) в применении к двухфазной однотактной схеме выпрямления (со средним выводом обмотки) обратное напряжение на непроводящем вентиле t/o6p-f/2m = 3,14(;o- (2-28) Такой вывод является результатом того, что, хотя общее напряжение обеих половин вторичной обмотки суммируется, поскольку сопротивление проводящего вентиля мало, следовало бы считать и обр т О, но при учете того, что выпрямленное напряжение оказывается в два раза выше, чем в однотактной схеме то по-прежнему можно считать Uc6p = 3,14 Uq.   Рис. 2-5. Схема и график для определения величины обратного напряжения в 6-фазном выпрямителе- однофазной МОСТОВОЙ схеме выпрямления, с учетом последовательного соединения двух вентилей, можно определить величину обратного напряжения на каждом вентиле (/обр 1,57 U. В многофазных однотактных схемах выпрямления обратное напряжение на каждом вентиле равно линейному напряжению вто- ричной цепи трансформатора, ибо в каждый момент времени это- напряжение приложено к двум последовательно соединенным вентилям, один из которых проводит ток и его сопротивлением можно пренебречь. Вычисленные значения обратного напряжения на каждом вентиле в зависимости от числа фаз выпрямления приведены в табл. 2-1. Таблица 2-1
Как следует из табл. 2-1, предпочтение должно быть отдано двухтактным схемам выпрямления, поскольку в них обратное напряжение на вентиль при одном и том же значении выпрямленного напряжения оказывается значительно меньшим, чем в однотакт-ных. Это практически означает, что при одном и том же допустимом обратном напряжении вентиля можно получить более высокое выпрямленное напряжение без опасения повредить вентиль. § 2-5. ПУЛЬСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА Как уже указывалось, на нагрузке выпрямленное напряжение имеет пульсирующий характер с постоянной частотой пульсации. При т-фазном выпрямлении (т ~ 2; 3 и более) напряжение на нагрузке описывается рядом Фурье в виде: и о т ri .я я т т 1 Я £/51п-с05(та) + ф1) т - 1 Я Utn sin cos (2ma)f т 1 я (/ sin COS (Зтсо + фз) т
(2-29) Первый член ряда, не содержащий cos со/, представляет собой постоянную составляющую выпрямленного напряжения (/о, а остальные члены ряда описывают переменные составляющие напряжения с соответствующими частотами пульсации, кратными основной частоте выпрямляемого тока Наибольшая амплитуда имеется у первой гармонической составляющей, пульсирующей с наиболее низкой частотой. Амплитуда этой гармоники п т m г; . п Utn Sin т (2-30) где т - число фаз выпрямления, В результате коэффициент пульсации напряжения для выпрямителя с активной нагрузкой (без фильтра) по основной частоте пульсации будет: т m2 - 1 я т пг .я - Um sin - т (2-31) Если в числитель (2-31) подставлять поочередно амплитуды других гармонических составляющих более высокого порядка, то будут получены коэффициенты пульсации по к-й гармонике в виде: (2-32) где k - порядковый номер гармоники (1, 2, 3, ...). Оценку выпрямительных схем с точки зрения пульсации выпрямленного напряжения можно произвести по данным табл. 2-2, 1 2 3 4 5 6 7 8 ... 32 |
||||||||||||||||||||||||||