Главная » Книги и журналы

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 32

Таблица 2-4


между токами и напряжениями в выпрямительных схемах

2 Л

2 Л

1,05

1,57

0,78

0,58

0,41

0,78

0.58

1,21 С

1,21 (

1,57

1.74

1,21

0,82Жтр

0,47 (,р

1,48

1,05

0,82 С

0,58/:

1.82

0,57

1,21

1,05

1,41/К^р

0,82/л:,р

1.05

3 в. Ю. Рогмнский

1.21

1,21

1,28

1,21

1,05

1.48

1.35

1,55

1,21

1,05



Рассматривая выпрямительную установку, состоящую из трансформатора, вентиля и сглаживающего фильтра, можно считать, что в результате действия потерь в каждом из этих блоков при протекании тока /о через них происходит суммарное падение напряжения:

- Д^Уотр + Д'Лв + /оФ> (2-46)

где Д^отр - падение напряжения на трансформаторе; Д^о -Падение напряжения на вентиле; AU - падение напряжения на дросселе сглаживающего фильтра.

Полное падение напряжения на трансформаторе

Д(;о,р-Д(/.р;? + Д(/хрл, (2-47)

где Д^тр/? - падение выпрямленного напряжения, обусловленное действием активного сопротивления обмоток трансформатора одной фазы выпрямления; Д^/трл - падение выпрямленного напря-лсения, обусловленное действием индуктивности рассеяния обмоток трансформатора одной фазы выпрямления.

При учете падения выпрямленного напряжения на трансформаторе допустимы следующие упрощающие предположения:

в выпрямителях большой мощности с большими токами нагрузки преобладающее значение имеет падение напряжения, обусловленное действием индуктивности рассеяния обмоток трансформатора, и можно пренебречь действием активного сопротивления обмоток трансформатора;

в маломощных выпрямителях с малыми токами

нагрузки и достаточно высоким выпрямленным напряжением существенно важно учесть падение напряжения, обусловленное дей-, ствием активного сопротивления обмоток трансформатора, и можно пренебречь действием индуктивности рассеяния этих обмоток.

Насколько правильны эти допущения можно судить по приведенному ниже (§ 3-2) подробному объяснению физических процессов и выводам расчетных соотношений. Здесь же ограничимся лишь использованием готовых расчетных формул, согласно которым составляющие падения выпрямленного напряжения на трансформаторе определяются следующим образом.

Падение напряжения на активном сопротивлении обмоток трансформатора

Д^/тр/?/о^тр, (2-48)

где /?тр==/?2 + 1 -~ активное сопротивление обмоток транс-

форматора одной фазы выпрямления; Ri и R. - активные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора; Ктр ~

= коэффициент трансформации.

Соотношение (2-48) приблизитетьно верно, но более точно следовало бы считать^ подставляя сюда не выпрямленный ток /о, а дей-



ч

i ствуюшее значение тока Тем не менее погрешность расчета при

[ этом невелика.

Относительная погрешность расчета зависит также и от схемы

выпрямления, поскольку в разных схемах меняются форма кривой выпрямленного тока и соотношения между /о и /g. В некоторых расчетах можно исходить из потерь мош.ности в трансформаторе, определяемого в виде:

Р -Д^тр-=/оДтр/?. (2-49)

В обоих случаях должны быть известны величины и Rj, определяемые при конструктивном расчете трансформатора или по паспортным данным трансформаторов промышленного изготовления.

Падение напряжения, обусловленное действием индуктивности рассеяния обмоток трансформатора, будет:

Af/xpi-Zo, (2-50)

где т - число фаз выпрямления; Х^р == 6,28; LJ. - индуктивное сопротивление рассеяния фазы трансформатора при частоте тока /с и индуктивности рассеяния Lg.

Падение напряжения на вентиле одной фазы выпрямления можно определр1Ть равным

Л(/ в-/пр/?пр/о/?в, (2-51)

ч

где Rs - сопротивление вентиля выпрямленному току.

Падение напряжения на дросселе сглаживающего фильтра

Uoф-=loRф. (2-52)

где /?ф - активное сопротивление обмотки дросселя сглаживающего фильтра.

Как видно из приведенных приближенных значений падения напряжения Д^/д, оно пропорционально току нагрузки Iq. В таком случае нагрузочная характеристика должна быть прямолинейной. На самом же деле, как показано на рис. 2-7, нагрузочная характе-? ристика имеет нелинейный характер. В общем случае это можно

объяснить путем более точного учета потерь в отдельных блоках

выпрямителя. Такой анализ нагрузочных характеристик и точный учет потерь в выпрямителе сделан ниже.

§ 2-11. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Коэффициент полезного действия выпрямителя представляет собой отношение мощностей

П = -в^--й---г-- --. (2-53)



где Яо = lU - мощность постоянного тока в нагрузке; Рст. п - мощность потерь в стабилизаторе переменного тока на входе выпрямителя; Яф - мощность потерь в сглаживающем фильтре; - мощность потерь в вентиле; Я^а^ - мощность потерь в накальных цепях вентиля; Ястаб - мощность потерь в стабилизаторе напряжения постоянного тока на выходе выпрямителя.

Если в выпрямительном устройстве отсутствуют накальные цепи вентиля и стабилизаторы, то к. п. д. такого ycтpoйctвa повысится, так как не будет потерь, учтенных соотношением (2-53).

Составляющие потерь в отдельных блоках и всего выпрямителя могут быть определены при конструктивном расчете и приблизительно оценены в следующих пределах при проектировании выпрямительного устройства.

Потери в стабилизаторе переменного тока можно принимать равными

Яст.п = (0,05--0,25)Яо (2-54)

в зависимости от мощности Р^: чем больше мощность Pq, тем меньший коэффициент потерь.

Потери мощности в стабилиза-юре постоянного тока составляют

Ястаб-(0,1ч-0,5)Я„, (2-55)

принимая к. п. д. стабилизатора равным от 0,9 - для мощных стабилизаторов различного типа, до 0,5 - для маломощных.

Суммарные потери в трансформаторе, включая потери в стали и обмотках, составляют;

-(0,05--0,2) Яо, (2-56)

считая к. п. д. трансформатора т]тр = 0,95 ч- 0,8. На самом же деле для трансформаторов очень малой мощности к. п. д. еще меньший, чем 0,8.

Потери в вентилях можно определить в виде:

Я„ - М/оД/ов = (0.05-г- 0,15) Р^, (2-57)

где М - общее число вентилей; Д^У^ - падение напряжения

(прямого напряжения) на каждом вентиле.

Потери в сглаживающем фильтре, определяемые потерями в дросселе, равны;

Яф - IlRj, = (0,05 0,15) Яо, (2-58)

где /?др - активное сопротивление обмоток дросселя сглаживающего фильтра.

ьзуются

выпрямле



ния на основании паспортных данных о токе и напряжении накала. В общем случае мощность потерь составляет:

для кенотронных выпрямителей малой мощности

Рнак-(0,10,35) Ро\

для маломощных газотронных выпрямителей

Яиак-(0,05ч-0,15)Яо; для мощных тиратронных выпрямителей

Янак--(0,05--0,1)Ро.

(2-59)

Суммируя все потери в выпрямительном устройстве, можно приблизительно оценить общий к. п. д.: для маломощных кенотронных выпрямителей к. п. д. не превышает 40-т-50%, несколько выше ) к. п. д. ионных выпрямителей и еще выше к. п. д, полупроводни-

ковых выпрямителей.

Коэффициент полезного действия полностью не характеризует выпрямительное устройство как потребителя энергии из сети переменного тока, требуется еще знать его коэффициент мощности. Это особенно важно в тех случаях, когда ток первичной обмотки трансформатора имеет кривую сложной формы. В этом случае коэффициент мощности выпрямителя резко отличается от обычного его выражения в виде cos ф, характеризующего лишь сдвиг фазы между током и напряжением в цепях переменного

тока, оначительно полнее характеризует выпрямительное устройство коэффициент мощности

(2-60)

где /i - действующее значение тока в каждой первичной обмотке трансформатора, величина которого меняется в зависимости от

формы кривой тока в обмотке при одном и том же значении тока в нагрузке.

На основании соотношения (2-60) можно представить коэффициент мощности как произведение двух величин: обычного cos ф и коэффициента искажения формы кривой тока в первичной цепи трансформатора. Очевидно, для двухтактных схем, в которых форма кривой первичного тока не отличается or синусоидальной, коэффициент искажения формы кривой равен единице и коэффициент мощности выпрямителя численно равен cos ф. В других схемах, в которых форма кривой тока первичных обмоток отличается от синусоидальной, коэффициент искажения меньше единицы и коэффициент мощности меньше cos ф.



ГЛАВА ТРЕТЬЯ

НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ С РЕАКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ

§ 3-1. ВЫПРЯМИТЕЛИ с ИНДУКТИВНОЙ РЕАКЦИЕЙ НАГРУЗКИ

При комплексном характере сопротивления нагрузки в виде последовательного соединения активного и индуктивного сопротивлений на выпрямителе сказывается индуктивная реакция на-




О 60 120 180 240 300 360



Рис. 3-1. Схемы однофазного и двухфазного выпрямителей с индуктивной

реакцией нагрузки и графики токов для них.

грузки, приводящая к характерному режиму работы всего выпрямительного устройства. Такой режим работы выпрямителя может возникнуть при включении активного сопротивления нагрузки через сглаживающий фильтр, начинающийся с дросселя, а также и при питании цепей электромагнитных реле, двигателей постоянного тока и т. д.

На рис. 3-1, а показана простейшая схема однофазного одно-тактного выпрямителя с индуктивной реакцией нагрузки. В этой



схеме вентиль можно рассматривать как устройство, включающее I нагрузку в каждый положительный полупериод выпрямляемого

1 тока В первый момент включения нагрузки, когда вентиль начи-

нает проводить ток под воздействием э. д. с. вторичной обмотки трансформатора, ток в нагрузке возрастает намного медленнее, чем э. д. с. (рис. 3-1, б). Различие форм кривых э. д. с. и тока обус-

г

л

ловлено действием противо-э. д. с. индукции, которое замедляет нарастание тока в нагрузке. Когда величина э. д. с. начинает спадать, противо-э. д. с. индукции тормозит снижение тока в нагрузке. В результате время, в течение которого ток протекает по нагрузке, оказывается несколько большим, чем половина периода выпрямляемого тока, как это имело бы место при чисто активной нагрузке. Увеличению тока в нагрузке сопутствует процесс накопления энергии в магнитном поле индуктивности Lh, а поддержанию тока при уменьшении э. д. с. способствует процесс расходования накопленной энергии.

Вентиль включает нагрузку периодически с началом каждой положительной полуволны напряжения и каждому включению сопутствует процесс установления тока в цепи. Величину тока можно определить из уравнений:

или

IqR 4 (oL = sin Ш,

где RR + Rn + Rrp-суммарное сопротивление цепи; L-суммарная индуктивность цепи.

Рш1ение уравнения (3-1), как известно, содержит ток установившегося вынужденного режима Iq и ток устанавливающегося режима to. Первая из этих составляющих представляет частное решение уравнения (3-1):

/о = г sm (tor ~ ф), (3-2)

Ф = агс1е-.

где

Вторая составляющая тока определяется решением однородного уравнения: ед + а)1=0 и имеет вид:

doyt

io = Ле , (3-3)

где постоянная интегрирования А определяется на основании начальных условий: при (о/ = О напряжение t/g = О и ток == 0. Подставляя начальные условия в уравнение (3-2), по/хучим:



4-3g--51лф.

в результате ток устанавливающегося режима оказывается экспоненциальной функцией времени в виде: .

il =гГ %Шф. (3-4)

Полный ток в нагрузке

/j=/[sin(a) - Ф) + 51пфе (3-5)

где

Продолжительность протекания тока через вентиль определяется углом Я зависящим от соотношения R и (oL. Величина X определяется из уравнения:

sin (к - ф) + sin фе = 0. (3-6)

Очевидно, что длительность протекания тока через вентиль воз-

X, 2nfL

растает с увеличением отношения -~ = -, Одновременное увеличением длительности протекания тока уменьшается амплитуда тока через вентиль, следствием чего также является уменьшение постоянной составляющей тока в нагрузке. Для суждения о длительности протекания токов и об их относительной величине при разных соотношениях индуктивной и активной составляющих сопротивления нагрузки на рис, 3-1, в показана графическая симость:

- = ф(-), где 1, = -.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения в схеме рис. 3-1, а может быть определена из соотношения:

А

Uq {UmSin(i)tdo)t(\ -cosX). (3-7)

Из уравнения (3-7) видно, что при одинаковом напряжении постоянная составляющая выпрямленного напряжения меньше в схеме с индуктивной нагрузкой, чем в схеме с активной нагрузкой. Одновременно с уменьшением постоянной составляющей напряжения заметно уменьшается и абсолютная величина переменных составляющих напряжения на нагрузке. Тем не менее пульсация выпрямленного напряжения достаточно велика даже при coL R.



При этом относительное значение переменной составляющей напряжения возрастает, поскольку она уменьшается не так резко, как постоянная составляющая напряжения Uq.

На рис. 3-1, г показана схема двухтактного однофазного выпрямителя с комплексной нагрузкой, обладающей индуктивной реакцией на выпрямитель, В этой схеме каждый вентиль действует как выключатель тока в цепи нагрузки. Поэтому возникающие устанавливающиеся процессы повторяются дважды за один период выпрямляемого тока, но явления затягивания процесса протекания тока через каждый вентиль не наблюдается, так как в тот момент времени, когда включается один вентиль, второй - ток не проводит.

В рассматриваемой схеме, как и в однотактной однофазной схеме, для определения значения тока в цепи нагрузки действительно уравнение:

IqR + (dL- = Um sin т.

л

Выпрямленный ток является суммой вынужденной и устанавливающейся составляющих:

-De .

о

ysin (cor

где D - постоянная интегрирования, определяемая условиями: ток имеет одно и то же значение как при и при (0 = я. Отсюда следует, что:

/sin (0-ф)-

начальными (о/ - О, так

О = sin (я - ф) -j-De

D = I

2 sin ф

и

Проделав все необходимые преобразования, найдем:

и

о

sin (со? - ф) +

2 sin ф

(3-8)

Из уравнения (3-8) следует, что величина выпрямленного тока в нагрузке зависит от. Характер этой зависимости выражается

графиками рис. 3-1, (5. При достаточно большом отношении ~ (на-

н

пример.

5-10) форма кривой ~ приближается к прямой

линии и пульсация тока мала. При малых значениях индуктивности и большом сопротивлении R форма кривой тока почти такая же, как при чисто активной нагрузке.

По выпрямителям с индуктивной реакцией нагрузки можно сделать следующие выводы:

1) индуктивная составляющая сопротивления нагрузки, в том числе и индуктивное сопротивление сглаживающего фильтра, дол-



Таблица S-t

Определяемый параметр

Схемы выпрямления

Однотактные

Двухтактные

двухфазная

трехфазная

шестифазная

однофазная мостовая

Трехфазная мостовая

Действующее значение на-

пряжения на фазе вторич-

ной обмотки трансформа-

тора, Uz/Uq........

1,11.

0,855

0,74

1,11

0,43

(звезда)

0,74

угольник)

Амплитуда обратного напря-

жения, Uo6p/Uq , . . . .

1,57

1,05

Амплитуда переменной со-

став л яющеи напр яжен и я

основной частоты пульса-

ции, UJUit........

0,67

0,25

0,а57

0,67

0,057

Частота пульсации по основ-

ной гармонике, / с

б

Действующее значение тока

через вентиль, I/Jq , , -

0,78

0,58

0,41

1,11

0.58

Действующее значение тока

вторичной обмотки транс-

форматора, /2 0.....

0,78

0,58

0,41

0,82

(звезда)

0,47

Действующее значение тока

первичной обмотки транс-

форматора без учета тока

0,47/К^р

холостого хода, 1\IJq- ,

0,47/Ктр

0,82/С/тр

(звезда)

(звезда.

0,57 Стр

треуголь-

Расчетная мощность транс-

форматора, Ртр/Ро

1,34

1,35

1,35

1,21

1,05

(звезда).

угольник)

примечания. 1, Соотношения токов н напряжений действительны при любой частоте тока в сети /,.

2, Здесь А- = £/,/£/2.

3, Расчетные соотношения верны при активной нагрузке и индуктивиостн, когда



1 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 32
Яндекс.Метрика