|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 5 6 7 8 9 10 11 ... 22 ем относительно низкочастотной пульсации выпрямленного напряжения. При этом токи через оба плеча выпрямителя могут протекать в течение различных по длительности интервалов времени. Увеличение емкости конденсатора Сф с целью уменьшения общего уровня пульсаций выходного напряжения приводит к увеличению отмеченной несимметрии в токах, протекающих через плечи выпрямителя. При достаточно большой емкости конденсатора Сф может наступить режим однотактного выпрямления, когда ток че-  Рис. 4-23. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу выпрямителя при выпрямлении несимметричного напряжения прямоугольной формы. рез одно из плеч выпрямителя (через диоды Дг и Дз) протекать не будет. В последнем случае силовой трансформатор оказывается в режиме несимметричного перемагничивания, при котором возможно его одностороннее насыщение. Для выпрямителя со сглаживающим фильтром LC-типа низкочастотная и высокочастотная составляющие пульсаций выделяются на дросселе фильтра и описанный выше режим не возникает. Отметим, что для выпрямителя, включенного на выход транзисторного инвертора, при полной идентичности всех полуобмоток его трансформатора низкочастотная составляющая пульсации напряжения иа входе сглаживающего фильтра может быть вычислена по формуле Д (/ = 2/Пт Д UQ + 2 Ид Д (/пр, (4-9) где /Пт и /Пд - соответственно число транзисторов в каждом плече инвертора и число диодов в каждом плече выпрямителя; л --коэффициент трансформации трансформатора; - 0,5 (кЭнасмако - КЭнасмин)! Д пр пр.макс - пр .ыия)/2 - возможные 82 разбросы падений напряжения на открытых трайзйсторах и' Диодах; КЭ нас.макс и t/p-g нас.мин-максимальное и минимальное значения напряжения насыщения коллектор - эмиттер транзисторов преобразователя в их открытом состоянии; пр.макс пр.мин-максимальное и минимальное значения прямого напряжения каждого из диодов выпрямителя в их открытом состоянии. Ухудшение параметров конденсаторов при повышении частоты переменной составляющей приложенного к ним напряжения, понижении температуры окружающей среды и за счет технологических разбросов номинального значения емкости приводит к необходимости значительного увеличения установленной емкости конденсаторов фильтров (Сф yp.j,) по сравнению с ее расчетным значением (ф.расч) = Сф.уст = Ф Сф.расч (4-10) Коэффициент Кф зависит от частоты переменной составляющей приложенного напряжения, типа конденсатора фильтра, его параметров и пределов изменения температуры окружающей среды; / А С, Ф Сф (+ 20 X) Сф (50 Гц) Кф= 1 + ~- --- . (4-11) \ г'ф.нсм / Ф скр.мин' Ф где ДСф-технологический разброс номинального значения (ф.ном) емкости конденсатора выбранного типа; Сф (+20 С)/СфХ --(окр.мин) ч Ф (SO Гц)/Сф (f) - коэффициенты, учитывающие уменьшение емкости конденсатора при пониженной температуре окружающей среды и частотные свойства конденсатора. Значение Кф следует рассчитывать по данным технических условий на соответствующий тип конденсатора фильтра и его частотным харак-1 теристикам для минимально возможной температуры, чтобы обеспечить заданный уровень пульсаций выходного напряжения в наихудших условиях эксплуатации устройств электропитания. 4-5. Особенности работы и расчета выпрямителей, питающихся переменным напряжением прямоугольной формы с изменяющейся скважностью импульсов Одним из характерных режимов работы выпрямителей в современных ИВЭ радиоэлектронной аппаратуры является режим выпрямления переменного напряжения прямоугольной формы с - изменяющейся скважностью импульсов (рис. 4-24). Такая форма напряжения на входе выпрямителя имеет место при его питании с выхода регулируемых инверторов (см. § 8-5). В процессе регулирования или стабилизации напряжения на нагрузке соотношение между длительностью импульса напряжения на входе выпрямителя и длительностью рабочего полупериода изменяется. Относительная длительность этого импульса обозначена на рис. 4-24 через у. Тогда под скважностью импульсов напряжения на входе выпрямителя будет пониматься величина, обратная у, т. е. 5b = 1/Y- Среднее и эффективйое зКачеййя йапряЖеийя на бХоде выпрямителя в рассматриваемом случае являются функциями у и соответственно равны: = (/by: где Ub мителя. (4-12) в.эф = вГ7, (4-13) - амплитуда прямоугольных импульсов на входе выпри- 1н/г 1н Рйс. 4-24. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу выпрямителя при выпрямлении переменного напряжения прямоугольной формы с изменяющейся скважностью импульсов. Для выпрямления переменного напряжения прямоугольной формы с изменяющейся скважностью импульсов, как правило, используют однофазные выпрямители со сглаживающим фильтром LC-типа. В этом случае напряжение на нагрузке также оказывается пропорциональным значению у: h (/B.cp = Yf/b- (4-14) Как видно из идеализированных временных диаграмм, изображенных иа рис. 4-24 (выпрямительные диоды предполагались полностью идентичными друг другу, а их прямые напряжения пренебрежимо малыми по сравнению с напряжением на нагрузке), форма тока через диоды выпрямителя отличается от формы выпрямленного напряжения. В паузах между импульсами выпрямленного напряжения все диоды выпрямителя оказываются откры- тыми, и через них энергия, накопленная в дросселе фильтра, поступает в нагрузку. При указанной идеализации ток через каждый из диодов вы- Т прямителя в течение паузы длительностью (1-у)- равен половине тока нагрузки. Неидеальность используемых в выпрямителях реальных полупроводниковых диодов приводит к тому, что в данном интервале токи через них могут оказаться различными по значению. В рассматриваемом нами -случае среднее значение тока через каждый выпрямительный- диод равно: вп.ср - (4-15) L 8 его эффективное значение Г. : /д.эф = о.5/н/ТЯГ?. (4-I6J Среднее и эффективное значения тока через вторичную полуобмотку силового трансформатора для схем на рис. 4-1, а, б рассчитываются по формулам (4-15) и (4-16), а для мостовой схемы (рис. 4-1, в) по формулам: /2cp = Yh; (4-17) i 72эф=/н17. . (4-18) Максимальное значение обратного напряжения на диоде для выпрямителей с выводом нулевой точки вторичной обмотки трансформатора равно: oep.h = 2h/Y. (4-19) для мостового выпрямителя овр.и = и/Т- . (4-20) Габаритная мощность силового трансформатора в случае переменного напряжения прямоугольной формы с переменной скважностью импульсов определяется из следующих выражений [13]: Uala ( 1 / I + Y ) Pgz6-о- 14 Г -V-/- выпрямителей (4-21) V / рис..4-1, а,б с фильт- ром LC-типа; .аб 1ц и а - для мостовой схемы (рис. 4-1, в) с фильтром LC-типа. (4-22) Выбор магнитопровода трансформатора производится по вычисленному значению произведения площади сечения стали (Qcx) на площадь его окна (Qo): Qc. Qo = -2Et%p s!Z где Вщ - значение рабочей индукции в сердечнике; б - выбранная плотность тока в обмотках; tJtp - к.п.д. трансформатора; s-число стержней сердечника, на которых располагаются обмотки; к^т и -соответственно коэффициенты заполнения сечения сердечника сталью и окна сердечника медью обмотки. Как отмечено в [13], индукция в сердечнике трансформатора при питании от источника переменного напряжения прямоуголь-. ной формы (рис. 4-24), стабилизированного по среднему значению, не зависит-от длительности и амплитуды импульсов. В этом случае числа витков обмоток можно определять, исходя из средних (а не эффективных) значений напряжений иа обмотках, по формуле a> = f/ep-10V4/fi QcT*ct. (4-24) Расчет сглаживающего фильтра LC.-типа может быть выполнен по формулам, приведенным в § 7-1 для импульсных стабилизаторов напряжения постоянного тока. ГЛЛВА ПЯТАЯ. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ 5-1. Основные схемы регулируемых выпрямителей Регулируемыми выпрямителями называются преобразовательные устройства, совмещающие функцию выпрямления переменного напряжения с регулированием (или стабилизацией) напряжения на нагрузке. Простейшие схемы регулируемых выпрямителей обра- зуются из соответствующих схем нерегулируемых выпрямителей при полной или частичной замене полупроводниковых выпрямительных диодов тиристорами. На рис. 5-1 приведены схемы однофазных регулируемых выпрямителей, которые получили наиболее широкое использование в средствах вторичного электропитания радиоэлектронной аппарату]ры. На рис. 5-2 приведенные временные диаграммы токов и напряжений, иллюстрирующие электромагнитные процессы в схемах простейших регулируемых выпрямителей (рис. 5-1, а, е). Пусть в Произвольно выбранный начальный момент времени к началу первичной обмотки трансформатора Тр, условно обозначенному точкой на рис. 5-1, а, оказался приложенным положительный потенциал, а к ее концу - отрицательный (полярности напряжений на обмотках Тр для данного момента указаны на рис. 5-1, о). Несмотря на наличие положительного потенциала на аноде тиристора Д\, он тока не проводит, так как к его управляющему электроду сигнал будет подан спустя некоторое время <1=ав/ш после смены полярности напряжения питания. При открывании тиристора Ду (момент (о^1=ав) через него начинает протекать ток нагрузки. На последующем интервале эле-, менты сглаживающего фильтра - дроссель Др с индуктивностью и конденсатор Сф запасают электромагнитную энергию из питающей сети. Г1осле смены полярности иапряжения питания 
Рис. 5-1. Схемы однофазных регулируемых выпрямителей. ((о^2=л) тиристор Ду закрывается. В течение последующего интервала времени нагрузка отключена от сети, а ток дросселя фильтра протекает через вспомогательный диод Дбл-  ж Si+ore В момент о)/з=л+ав к управляющему электроду тиристора Дч прикладывается открывающий сигнал, и он начинает проводить ток нагрузки. При этом диод Дбл закрывается напряжением на вторичной обмотке трансформатора Тр. Диод Дг проводит ток до очередной смены полярности напряжения питания. В дальнейшем процессы в схеме регулируемого выпрямителя (рнс. 5-1,а) повторяются. Нетрудно видеть, что, изменяя во времени момент открывания тиристора Дх и Дг относительно момента прохождения питающего напряжения через свое нулевое значение, можно осуществить регулирование по заданному закону среднего (эффективного) значения напряжения на нагрузке. Частным случаем такого регулирования является стабилизация выходного напряжения, когда его значение с определенной точностью поддерживается неизменным во всех условиях и режимах работы выпрямителя. Электромагнитные процессы, имеющие место в схеме на рис. 5-1, е, полностью идентичны рассмотренным выше (рис. 5-2), за исключением того, что одновременно с открыванием тиристора Дх открывается диод Д^, а при открывании тиристора Да открывается диод Дз. Регулируемый выпрямитель, выполненный по схеме на рис. 5-1, б, в отличие от рассмотренных ранее не содержит вспомогательного диода Дбл- Его роль выполняют диоды Дг и Дц, через которые энергия, накопленная в дросселе фильтра Др, поступает в нагрузку при закрытых тиристорах Дх и Дз- Временные диаграммы, иллюстрирующие электромагнитные процессы в таком выпрямителе, приведены на рис. 5-3. Вполне очевидно, что характер процессов в регулируемых выпрямителях не изменится, если полярности включения всех тиристоров, диодов и конденсатора фильтра относительно вторичной обмотки трансформатора изменить на противоположные. Для всех однофазных выпрямителей (см. рис. 5-1) регулировочная характеристика (иначе характеристика вход-выход ), показывающая зависимость среднего значения выпрямленного напряжения в функции угла открывания тиристоров при 0<ав<я, имеет вид: , =-4 (l-bcosae), (5-1) Рнс. 5ч2. токов н диаграммы в простей- Временные напряжений ших схемах однофазных регулируемых выпрямителей (см. рис. 5-1, а, в). Я где (/в.ср -среднее значение наприжения иа входе фильтра; Сг -  действующее значение напряжения на входе выпрямителя; угол открывания тиристоров. Наиболее эффективные схемы трехфазных регулируемых выпрямителей, обладающих высокой экономичностью и сравнительно небольшими массо-габаритными показателями сглаживающего фильтра, приведены на рис. 5-4. Мостовая схема на рис. 5-4,0 содержит три тиристора с объединенными катодами и три диода с объединенными анодами диода). Трехфазный мостовой вы- прямитель иа рис. 5-4,6 целиком выполнен на тиристорах. В схемах трехфазных вы-Ов / Ч прямителей диод Дсл, как и в случае однофазных выпрямителей, служит для обеспечения электрической цепи, по которой энергия, накопленная в дросселе фильтра, поступает в нагрузку при выключенных ти-ристарах выпрямителя. Временные диаграммы токов и напряжений в схеме регулируемого трехфазного выпрямителя (рис. 5-4,й) приведены на рис. 5-5. Эти диаграммы справедливы для сравнительно малых углов открывания тиристоров 0 л/3. Форма выпрямленного напряжения такого выпрямителя при больших значениях угла от-имеет вид, показанный на 1м Рис. 5-3. Временные диаграммы токов для выпрямителя рис. 5-1,6. крывания рис. 5-6. тиристоров (п/3<Квя;)  а) Рис. 5-4. Схемы эффективных трехфазных регулируемых выпрямителей. Регулировочная Характеристика такого выпрямителя определй-ется выражением [И] в.ср = [1 + cos ав]. (5-2) где Uiji - линейное напряжение на входе выпрямителя (действующее значение). Формы кривой выпрямленного напряжения иа входе сглаживающего фильтра для регулируемого выпрямителя, схема которого изображена на рис. 5-4,6, приведены на рис. 5-7. Кривые на рис. 5-7, а соответствуют случаю малых значений угла открывания тиристоров 0<ав<л/3, кривые на рис. 5-7,6 - случаю больших значений ав(л/3<Кв<2п/3). Регулировочная характеристика такого выпрямителя описывается выражением cosOb при О^Овп/З; 3/2 я 2Л при Я/З^Ов 2 я (5-3) На рис. 5-8 построены регули-ровочные характеристики рассматриваемых выпрямителей, рассчитанные в соответствии с формулами (5-1)-(5-3). При построении данных характеристик по оси ординат откладывалось относительное значение напряжения на нагрузке. -Кривая 1 на рис. 5-8 соответствует однофазным регулируемым выпрямителям (рис. 5-1); кривая 2- трехфазному регулируемому выпрямителю по рис. 5-4,0; кривая 3 - трехфазному выпрямителю по рис. 5-4,6. Приведенные на рис. 5-8 характеристики дают возможность определить требуемое значение напряжеиий на вторичных обмотках силового трансформатора, выбрать рабочий диапазон ав, оценить ко-эффициеит усиления выпрямителя в рабочем диапазоне. В режиме стабилизации выходного напряжения необходимо обеспечить работу выпрямителя на Таблица S-1. Рекомендуемые значения ав.мии
  Рис. 5-5. Временные диаграммы токов и напряжений в схеме трехфазного регулируемого выпрямителя (см. рис. 5-4, а). круто спадающем участке регулировочной характеристики за счет соответствующего выбора начального угла открывания тиристоров схв-мнн. Рекомендуемые значения Ив.мин [И] приведены в табл. 5-1 Среднее значение напряжения на входе фильтра U (наибольшее из возможных значений U) определяется выражением в.ср = н.макс + Д Св + (/-ф + Гв) / .макс (5-4) где C j,a[£ и /ц^з^Р - максимальные значения напряжения на нагрузке и тока нагрузки; ДСв-суммарное падение напряжения на одновременно открытых диодах и тиристорах выпрямителя; Гф и Гв - соответственно сопротивления дросселя фильтра и фазы выпрямителя. Максимальный угол открывания тиристоров в регулируемом выпрямителе с^д^р соответствует максимальному напряжению питающей сети, минимально возможному значению выходного на-Таблица 5-2. Основные расчетные формулы Схема вьшря-м;нтеля Среднее зиачение т<жа тиристора Эффективное значение тока ти- ристора Рис. 5-1 О^ОвЯ Рис. 5-4,0 н я -; 0aB Y= /и я-Св 2я /н я О^ов -; л Рис. 5-4,6 0ав = /я /2я \ п --; о^ов:-; уз 3 / L /2я \ 1ав = 2п пряжения и минимальному току нагрузки. Значение Bgaj. определяется по графикам на рис. 5-8 по расчетному значению Гср/2л.макс. где f/;%p = + А f/в + (/-ф + / .ш, . Углы открывания тиристоров в регулируемом выпрямителе в.мнн'в. макс определяют нижнюю и верхнюю границы рабочего диапазона данного устройства. Основные расчетные формулы для рассмотренных регулируемых выпрямителей приведены в табл. 5-2. Как следует из таблицы, при увеличении и неизменном значении тока нагрузки (/н= =const) среднее и эффективное значения токов вторичной обмотки трансформатора и силовых тиристоров выпрямителя уменьшаются, а ток блокирующего диода возрастает. Таким образом, в режиме стабилизации выходного напряжения наибольшие значения тока нагрузки силового трансформатора и тока через тиристоры соответствуют минимальному углу открыва- для регулируемых выпрямителей Среднее значение тока диода Д^ Эффективное значение тока диода Ддд Эффективное значение т-оюа вторичной обмотки трансформатора /дф /н /ов/я ; О^ОвЯ О Ов Я 3/н п -ОвЯ 1 Ов я 3/ / я\ я 2я Y b- :ав = /нК2/3; 0<ав Y я 2 я 3 ° 3 1 ... 5 6 7 8 9 10 11 ... 22 |