|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 32 в которой приведены значения коэффициентов пульсации и частоты пульсации /п при питании выпрямителя током промышленной частоты /с = 50 гц. Таблица 2-2
Значения коэффициентов пульсации для однофазной однотактной схемы выпрямления (т = 1) получены на основании ряда Фурье^ имеющего вид; и о Um + Y tn sin {Ы + фО - cos {2Ы -f- фа) 3 5тс Um С08(4а) + фз) 5.7я Umos (6а)Г + ф4) * * (2-33) Практически определение коэффициента пульсации для однофазной однотактной схемы выпрямления с активной нагрузкой не имеет смысла, так как ток в нагрузке получается прерывистым. Формально коэффициент пульсации - 157% весьма далек от допустимых значений коэффициента пульсации даже для простейших радиосистем. Обычно оценку выпрямительных устройств с точки зрения малости пульсации производят по коэффициенту пульсации с основной частотой. При этом исходят из того, что сглаживание пульсации по основной частоте сопровождается одновременным сглаживанием (фильтрацией) всех переменных составляющих более высокой частоты. В ряде же случаев приходится считаться с п с о ф о -метрическим^ коэффициентом шума, понимая под этим коэффициентом величину (2-34) где и ПС - величина псофо метрического напряжения шума (помех). Псофометрическим коэффициентом шума назван коэффициент пульсации с учетом восприятия отдельных составляющих (гармоник), для которых человеческое ухо обладает различной чувствительностью. Величину псофометрического напряжения шума можно определить в виде: и  0,5 2 {kKnk)\ (2-35) где (/ni, f/n2> -амплитуды переменных составляюш.их выпрямленного напряжения 1-й, 2-й, ... , -й гармоники с соответствую-Ш.ИМИ частотами пульсации /щ*, / 2 и т. д.; а-, ... - величины псофометрических коэффициентов для составляюш.их различной частоты, определяемые для каждого конкретного типа радиоустройства; Кпк - коэффициент пульсации по k-\i гармонике. Понятие о коэффициенте псофометрического шума связано с питанием таких устройств связи, как микротелефонные цепи и им подобные, обладающие различной чувствительностью к переменным составляющим напряжения различной частоты. Например, псофометрические коэффициенты для микрофонно-телефонных цепей зависят от частоты следующим образом; f, гц 500 1000 1500 2000 2500 3000 4000 0,62 1Д5 0,83 0,72 0,62 0,56 0,18 В зависимости от значения коэффициентов а. оценивается большая или меньшая значимость пульсации напряжения той или иной частоты: чем больше коэффициент а^, тем важнее устранить переменную составляющую данной частоты. В некоторых случаях вместо псофометрического коэффициента шума принимается для оценки выпрямительного устройства с точки зрения пульсации среднеквадратичное напряжение пульсации. При этом коэффициенты не учитываются, а определяется корень квадратный из суммы квадратов напряжений всех гармоник. § 2-6. ТОКИ ПЕРВИЧНЫХ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА Как следует из принципа действия выпрямительных схем, характер изменения тока во вторичных обмотках трансформатора зависит от схемы выпрямления. Можно показать, что токи первичных обмоток трансформаторов также зависят от схемы выпрямления, несмотря на то, что при питании трансформатора переменным напряжением форма кривой тока отличается от формы кривой напряжения. Пусть напряжение на первичной обмотке трансформатора будет; и sin (0 или Utn sin (at d(j)t -i- iiRi dayt. (2-36) rAeiei - число витков первичной обмотки трансформатора; Ф - магнитный поток в магнитопроводе трансформатора; Ri - активное сопротивление обмотки. Соотношение (2-36) можно также представить в виде: 7 7 7 Um ] sin (О/ = Wj\dO + Rt\ h do>t. (2-37) о 0 0 Приложенное к трансформатору напряжение изменяется периодически с частотой (Ос = 2jt/(. и магнитный поток также будет меняться с той же частотой, т. е. г т 5 sin (0(0 = О а 5 йФ = 0. о о Следовательно, чтобы удовлетворить исходное равенство (2-36), ДОЛЖНО бытьti da) = О, что возможно лишь в том случае, о если ток первичной обмотки является переменным током, даже если его форма кривой отличается от синусоидальной. Чтобы определить форму кривой тока первичной обмотки однофазной однотактной схемы выпрямления, можно ток вторичной обмотки представить в виде: Ч = 0 + Imi sin (Ш + <pi) + 1т2 sin {2Ы + Фа) Ч-... -1,$т(Ш + щ), (2-38) где /о - постоянная составляюшая выпрямленного тока; Ink - соответственно, амплитуда и фазовый угол й-й гармонической составляющей тока. Если учесть, что токи в первичной и вторичной цепях трансформатора имеют противоположные полярности и постоянная составляющая выпрямленного тока не трансформируется из одной цепи в другую, то при коэффициенте трансформации /Стр = 1 и без учета потерь (полагая пот = 0) получим: l = - (2 - о) = - и mi sin (со/ + фх) + - 1т2 sin {2Ш + Фа) +... + /mfc sin {кШ ~-\- ф^)]. (2-39) На основании соотношения (2-39) можно построить графики тока первичной и вторичной обмоток трансформатора в таком виде, как это показано на рис. 2-6, а. На этих графиках ось времени тока первичной обмотки сдвинута на величину /о с учетом /Стр = 1. Так как действующее значение тока сложной формы выражается соотношением  где Ij,- действующее значение тока й-й гармоники, то действующее значение тока вторичной обмотки можно представить как K/5 + (/Ctp/i). (2-40) Это даст возможность определить ток первичной обмотки в виде: где к к (2-41) При определении тока первичной обмотки трансформатора в многофазных схемах выпрямления можно воспользоваться соотношением (2-41), п одета вл я я сюда н е весь ток /о, а только ту его часть, которая приходится на одну фазу, т. е. ~ /о- Например, в трехфазной  т однотактной схеме выпрямления действующее значение тока первичной обмотки каждой фазы без учета потерь в трансформаторе будет: 1Ф К  3    Рис. 2-6. Графики тока в обмотках трансформатора и схема возникновения вынужденного потока намагничивания. В двухтактных схемах выпрямления ток вторичной трансформатора не содержит постоянной составляющей, и ток первичной обмотки воспроизводит форму кривой тока ной обмотки. Для таких схем выпрямления ток первичной обмотки поэтому вторич-обмотки трансформатор Приведенные соотношения действительны при определении тока фазных обмоток трансформатора. Величину же тока в линейных проводах определяют на основании известных соотношений в зависимости от схемы соединения фазных обмоток: при соединении звездой = / при соединении треугольником /хл 1Ф Для сложных многофазных схем выпрямления, в которых число фазных обмоток первичной цепи трансформатора не равно числу фазных обмоток вторичной цепи, необходимо для каждой схемы отдельно вычислить соотношение токов и строить линейные диаграммы. Так как в выпрямителях малой мош.ности применяются лишь простейшие схемы выпрямления, то для них можно ограничиться приведенными соотношениями. При этом вычисление потерь и тока холостого хода трансформатора может быть сделано так, как это описано в гл. 11. § 2-7. СООТНОШЕНИЕ МОЩНОСТЕЙ В СХЕМАХ ВЫПРЯМЛЕНИЯ Одной из основных исходных данных для расчета выпрямителей служит величина мощности постоянного тока Р о расходуемой в нагрузке. Остальные данные расчета в той или иной степени зависят от величин тока Iq и напряжения Uq в нагрузке. Практически для расчета выпрямительного устройства требуется знать потери в отдельных блоках выпрямителя. Только для идеализированного выпрямителя (без потерь) можно определить расчетные мощности первичной и вторичной цепей трансформатора в виде: Pi = tUiUJi) Р^ = maf/a/a, (2-42) где mi и Ша - числа фазных обмоток первичной и вторичной цепей трансформатора; U и 1 - действующие значения напряжений и токов первичных и вторичных фазных обмоток трансформатора. Расчетная мощность магнитной цепи трансформатора Р (2-43) причем величина Я^р служит лишь для расчета магнитопровода трансформатора или для выбора по каталогу типового трансформатора промышленного изготовления. Расчетные величины мощности трансформатора полностью не определяются величиной Ро и в большой мере зависят от схемы выпрямления. Такая зависимость величин Р^р от мощности Pq и схемы выпрямления обусловлена тем, что во многих схемах выпрямления по вторичной обмотке трансформатора протекает постоянная составляющая и все переменные составляющие выпрямленного тока. 5а Если при этом формы кривых токов в первичной и вторичной обмотках трансформатора не одинаковы, то расчетные мощности цепей трансформатора также не будут одинаковыми. Так как форма кривых тока в обмотках зависит от схемы выпрямления, то расчетные мощности отде1ьных цепей трансформатора будут меняться с изменением схемы выпрямления даже при одной и той же мощности Pq. Каждую схему выпрямления целесообразно характеризовать следующими коэффициентами: р /С^ = использование первичных обмоток трансформатора; использование вторичных обмоток трансформатора; Pi р - использование трансформатора. тр в ряде случаев целесообразно использовать величину Р (2-44) расчетную (габаритную) мощность трансформа- определяющую тора при заданном значении мощности Pq. Коэффициенты использования трансформатора при активной нагрузке для различных схем выпрямления указаны в табл. 2-3. Таблица 2-3 Схемы выпрямлеяня Однотактные; однофазная............ двухфазная............ трехфазная............ Двухтактные; однофазная (со средним выводом) однофазная мостовая....... трехфазная мостовая....... Значения коэффициентоз;  0,37 0,83 0.83 0,83 0,83 0,95 0,29 0,57 0,67 0,57 0,83 0,95 0,33 0,68 0,75 0,68 0,83 0,95 1,48 1,35 1,48 1,21 1,05 На основании данных табл. 2-3 предпочтение должно быть отдано двухтактным схемам выпрямления, для которых характерно высокое использование трансформатора. § 2-8. ВЫНУЖДЕННОЕ НАМАГНИЧИВАНИЕ СЕРДЕЧНИКА ТРАНСФОРМАТОРА В двухтактных схемах выпрямления токи первичной и вторичной цепей трансформатора изменяются во времени по одному и тому же закону. В таких схемах сумма ампер-витков в сердечнике транс- форматора по замкнутой цепи равна нулю, если не учитывать ток холостого хода. В результате вынужденное намагничивание магнитопровода трансформатора практически отсутствует. В однотактных схемах выпрямления ток каждой фазы вторичной обмотки содержит постоянную составляющую -/о, которая создает постоянную составляющую магнитного потока Фо, не компенсируемую током первичной обмотки. В результате в таких схемах создается вынужденное намагничивание магнитопровода трансформатора. На рис. 2-6, б показана схема образования постоянного магнитного потока в трехфазном однотактном выпрямителе. Здесь каждый стержень магнитопровода находится под воздействием намагничивающей силы ©0 = - IqWq, направленной в одну сторону. Эти маг- нитные потоки не замыкаются через стержни магнитопровода и вынуждены замыкаться через окружающее пространство. При этом создается постоянный магнитный поток е о м сопротивление магнитного пути этому потоку. В обычных условиях замыкания постоянного магнитного потока через пространство вокруг трансформатора сопротивление велико и магнитный поток мал. Если же трансформатор заключен в магнитопроводящий кожух или вблизи трансформатора имеются магнитопроводящие тела, то постоянное (вынужденное) намагничивание магнитопровода может оказаться значительным и способным нарушить нормальный режим работы трансформатора. С изменением нагрузки выпрямителя изменяется ток в обмотках и интенсивность вынужденного намагничивания. Особенно сильно это заметно в однотактных однофазных схемах выпрямления. В этих схемах ток пульсирует, вызывая возникновение пульсирующего магнитного потока. Вынужденные потоки намагничивания вредны не только тем, что дополнительно нагружают магнитопровод, вызывая в нем добавочные потери, но и тем, что создают пульсирующие магнитные поля рассеяния, которые являются помехами для работы близко расположенных радиоустройств. Это вызывает необходимость борьбы с вынужденным намагничиванием трансформаторов, в особенности в выпрямителях средней и большой мощности. Наиболее распространенные методы такой борьбы заключаются в рациональном расположении обмоток трансформатора на стержнях магнитопровода и применении магнитопроводов броневого типа, а также путем выбора наиболее рациональных схем выпрямления, в которых вынужденное намагничивание не возникает. Для стержневых магнитопроводов (рис. 2-6, в) и двухтактных однофазных схем выпрямления часто прибегают к зигзагообраз- ному включению вторичных обмоток с целью уменьшения вынужденного намагничивания, как это показано на рис, 2-6, г. В такой схеме каждая половина вторичной обмотки разделится дополнительно на две части, каждая из которых создает магнитные потоки, компенсирующие друг друга, и поэтому вынужденное намагничивание трансформатора отсутствует. Очевидно, что почти для каждой схемы выпрямления можно найти такое расположение обмоток трансформатора, при'Котором вынуаденные потоки намагничивания существенно уменьшаются или даже полностью устраняются. § 2-9. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ При выборе схемы выпрямительного устройства учитываются ее эксплуатационные свойства и присущие ей количественные соотношения токов, мои:?ностей и напряжений, ибо они опреде./1яют стоимость, вес и габариты устройства. Как указывалось, сравнительная оценка схем выпрямления должна производиться при одинаковых для всех схем условий: отсутствии потерь во всех блоках выпрямителя при активной нагрузке. При реактивных составляющих сопротивления нагрузки будут меняться соотношения токов и напряжений в схемах выпрямления. Сравнительные данные для схем выпрямления с активной нагрузкой без потерь в блоках выпрямителя приведены в табл. 2-4. Здесь указаны наиболее употребительные схемы выпрямления, которые часто называются простыми. Сложные (специфические) схемы выпрямления в современной радиоаппаратуре широкого применения практически не используются по следующим причинам: сложные схемы выпрямления обычно рассчитаны на большие мощности и высокое выпрямленное напряжение, требуются сложные трансформаторы и большое число вентилей. Как правило, такие выпрямителя не обладают достаточной надежностью в эксплуатации; современные вентили допускают получение необходимых высоких напряжений без усложнения схем выпрямления, поскольку у них высокие допустимые обратные напряжения. В табл. 2-4 однофазная двухтактная схема выпрямления со средней точкой вторичной обмотки трансформатора рассматривается как двухфазная однотактная схема по причинам, указанным выше (§2-3). Области применения схем выпрямления, перечисленных в табл. 2-4, определяются необходимым количеством вентилей, коэффициентом пульсации и тем, насколько хорошо исп^&зуется трансформатор. Например, однофазной мостовой схеме отдается преимущество перед двухфазной однотактной схемой в том случае, если выпрямленное напряжение относительно невелико, а ток нагрузки велик; при малых токах нагрузки и высоком выпрямленном напряжении часто оказывается целесообразнее применять двух- фазную схему. При достаточно большой мош^ности постоянного тока в нагрузке предпочтение должно быть отдано многофазным двухтактным схемам выпрямления. С точки зрения наименьшей пульсации выпрямленного напряжения целесообразнее применять, например, трехфазную мостовую схему, в особенности, если мош,-ность выпрямленного тока велика и создание эффективно действую-ш.его сглаживающего фильтра может составить значительные конструктивные трудности. Приведенные в табл. 2-4 данные для различных схем выпрямления можно использовать, как указывалось выше, лишь при активном характере нагрузки. Между тем, почти любой сглаживающий фильтр может исказить характер нагрузки. Однако иногда целесообразно расчет выпрямителей с учетом потерь в отдельных блоках устройства вести по данным табл. 2-4. В таком случае исходным значением напряжения, необходимого для расчета по данным табл. 2-4, должно быть принято выпрямленное на-пряжениехолостого хода выпрямителя x, x (2-45) где иное выпрямленное напряжение н о - заданное выпрямленное напряжение на нагрузке; суммарное падение выпрямленного напряжения во блоках выпрямителя из-за наличия потерь в них. § 2-10. УЧЕТ ПОТЕРЬ В ВЫПРЯМЛЕНИЯХ Расчет потерь во всех блоках выпрямителя возможен лишь при допустимы упрощающие потер ь. Пр и нал ичии активной нагрузке малой мощности, когд предположения относительно характер в схеме сглаживающего фильтра или нагрузки комплексного характера упрощение расчета вносит большую погреишость. Обычно потери в отдельных частях и блоках выпрямительного устройства следует выражать в единицах мощности. Потери мощности постоянного тока можно характеризовать величиной падения выпрямленного напряжения Д^/о. Нагляднее всего это можно показать с помощью н а-грузочной (внешней) характеристики выпрямителя, которая представляет зависимость выходного напряжения от тока нагрузки выпрямителя, т. е. (/ = ф (/д). Типичный вид нагрузочной характеристики показан на рис. 2-7. Здесь f/ox. х - напряжение холостого хода выпрямителя, т. е. его выходное напряжение при токе нагрузки 1 = 0; Д^/ - суммарное падение  Рис. 2-7. Нагрузочная (внешняя) характеристика выпрямителя. выпрямленного напряжения при номинальном токе нагрузки 1 оном - номинальное напряжение на нагрузке при токе /о ном- Название схемы Однотактные: однофазная двухфазная трехфазная, треугольник - Схема Основные соотношения Г    т U2 Р Я 2,22  U2 Og  0,85 i,57 0,78 0,58 К 1,57 0,67 0,25 шестифазная, треугольник - звезда  0,74 0,41 0,057 Двухтактные: однофазная, мостовая  1,11 1,11 0,67 трехфазная, мостовая, треугольник -  0,43 0,82 0,057 1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 32 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||