Схема мостовая однофазная: 4.11. Однофазная мостовая схема выпрямления

Содержание

Схемы преобразователей

§ 48. Схемы преобразователей

Классификация схем. На электровозах и электропоездах применяют в силовых цепях диодные, тиристорные и диодно-тиристорные выпрямители, выполненные по однофазным двухполупериодным мостовым схемам выпрямления, а в цепях питания обмоток возбуждения тяговых двигателей, вспомогательных цепях и цепях управления — по однофазным двухполупериодным схемам с нулевым выводом, мостовым и мостовым трехфазным с нулевым выводом. В выпрямителе, выполненном по схеме выпрямления с нулевым выводом, чтобы снизить пульсации выпрямленного напряжения, стремятся удвоить число фаз, для чего на обмотке трансформатора делают нулевой вывод. При этом напряжения крайних выводов относительно нулевого вывода образуют двухфазную систему. Мостовые схемы могут быть простыми и сложными, в которых тяговые двигатели подключены к

отдельным группам полупроводниковых приборов выпрямителя.

Однофазные двухполупериодные схемы выпрямления с нулевым выводом и мостовые.

Рассмотрим выпрямление однофазного тока по схеме с нулевым выводом (рис. 130, а), когда нагрузкой является, например, резистор сопротивлением лн. В одной из секций вторичной обмотки трансформатора Т в первый полупериод, когда э д с отсутствует от вывода Ь к выводу а, ток направлен от вывода 0 через фазу 0а, диод VDI, точку К и резистор гл Во второй полупериод полярность э д. с. изменяется и ток протекает от вывода 0, через фазу Ob и диод VD2 В этот полупериод у диода VDI потенциал анода ниже, чем катода, и поэтому проводить ток ои не может. Ток как в первый, так и во второй полупериоды протекает через резистор гк в одном и том же направлении от точки К к выводу 0. Однако в течение каждого полупериода в работе участвует попеременно лишь одна секция обмотки трансформатора Т и соответствующий диод. Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе U ср=£т„2/л=0,637£гп.х= т/Т ■ 0,637£=0,9£,

где Emax и Е — соответственно наибольшее и действующее значения э. д. с и вь0 каждой секции обмотки трансформатора Т.

В простой мостовой двухполупериодиой схеме выпрямления (рис 130, б) с активной и индуктивной нагрузкой в первый полупериод, когда э. д. с. направлена от вывода Ь к выводу а, цепь тока замыкается через диод VDI, сглаживающий реактор СР, обмотки двигателей Ml—МЗ и диод VD3, а во второй

полупериод — через диод Уй2, сглаживающий реактор СР, обмотки двигателей М1—МЗ и диод Уй4, т. е. в оба полупериода ток протекает через всю вторичную обмотку трансформатора Т. В этом случае улучшается использование вторичной обмотки: при мостовой схеме требуется трансформатор мощностью, на 21% меньше, чем у траснформатора при нулевой схеме выпрямления

В мостовой схеме выпрямления обратное напряжение, приходящееся иа диод, в 2 раза меньше, чем в схеме с нулевым выводом при одном и том же напряжении на нагрузке. Условия работы диодов на э. п с при схемах выпрямления с нулевым выводом и мостовой различны и зависят от среднего по времени тока нагрузки /ср и наибольшего обратного напряжения 67тах Приближенно габаритные размеры выпрямителя определяются суммой произведений (/тах/ср для всех вентилей.

tnt)(e)

Рис. 131. Схемы (а и г) и диаграммы напряжений и токов (б, в, д, е и эк) выпрямителей трехфазного тока

в силовых цепях на современном э. п. с. применяют только однофазные мостовые схемы выпрямления Простые диодные однофазные двухполупериодные мостовые схемы применяют и в цепях вспомогательных машин постоянного тока (на электровозах ЧС4 и др.).

В сложной мостовой схеме выпрямления (рис 130, в) расхождение в токах параллельно соединенных обмоток якорей практически прямо пропорционально скорости электровоза Например, при скорости движения 50 км/ч в зависимости от расхождения магнитных потоков двигателей и диаметров бандажей колесных пар генераторные токи могут оказаться значительными. Подключение двигателей к отдельным группам диодов исключает переход слабо нагруженных двигателей в генераторный режим и увеличение тока сильно нагруженных двигателей при их независимом возбуждении. При индивидуальном присоединении обмоток якорей двигателей МI—МЗ к диодам повышение э д.

с слабо нагруженных двигателей может привести только к уменьшению их тока до нуля. Переход этих двигателей в генераторный режим невозможен, потому что диоды исключают возможность прохождения по ним тока, направленного противоположно току двигательного режима.

Выпрямленное напряжение Ud (рис. 130,г), приложенное к нагрузке в течение каждого полупериода, изменяется в соответствии с изменением напряжения вторичной обмотки ит, возрастая от нуля до наибольшего значения и затем вновь уменьшаясь до нуля, т. е пульсирует с двойной частотой питающей сети Если бы двигатель имел чисто активное сопротивление (см. рис. 130, б), ток и в его цепи пульсировал бы подобно выпрямленному напряжению ий Однако двигатель обладает некоторой небольшой индуктивностью, частично сглаживающей пульсации тока. Чтобы уменьшить пульсацию тока, включают последовательно с двигателем сглаживающий реактор СР Напряжение ил уравновешивается э. д с. якорей двигателей ел, которая может также пульсировать, падением напряжения в активном сопротивлении цепи и э д.

— соответственно общее активное сопротивление и общая индуктивность сглаживающих реакторов и тяговых двигателей. Если пренебречь малой величиной гли„ то

Графически э.д с. самоиндукции изображается отрезками ординат областей, заштрихованных на рис 130,г. В интервале от тХ\ до ш(г напряжение иа больше еА, значение еа положительно, выпрямленный ток возрастает. В интервале ои<2 — ии<з, когда меньше ею э.д.с. ея отрицательна, выпрямленный ток уменьшается. В моменты ш{] и ои/з выпрямленный ток имеет наименьшее значение, в моменты wt■2 и оиг4 — наибольшее.

Для исключения пульсаций магнитного потока тяговых двигателей их обмотки возбуждения шунтируют резистором, имеющим сопротивление г (см. рис. 130,6), через который проходит переменная составляющая выпрямленного тока (значение г в 10—15 раз больше активного сопротивления обмотки возбуждения). По условиям коммутации тяговых двигателей относительную пульсацию выпрямленного тока обычно допускают в пределах 40— 50% при токах часового режима и 60—70% при меньших токах.

Трехфазные диодные схемы выпрямления. По этим схемам выполняют преобразователи, применяемые во вспомогательных цепях (в системе регулирования возбуждения преобразователя на электропоездах ЭР22, ЭР22М, в цепях управления электровозов и Др.). В выпрямителе трехфазного тока, выполненного по схеме «звезда с нулевым выводом» (рис. 131,а) диоды 1ЛО/, УЭ2 и УйЗ включены в цепи фаз а, Ь и с, а нагрузка л„ — между точками О и К- Фазы работают поочередно, каждая в течение одной трети периода (рис. 131,6) Ток

проходит через тот диод, анод которого в данный момент имеет наиболее высокий потенциал Кривая выпрямленного напряжения, а следовательно, и выпрямленного тока представляет собой огибающую верхних частей положительных полуволн фазных напряжений и токов (рис 131,в). При этом пульсации выпрямленного напряжения и тока значительно меньше, чем в однофазной двухполупериодной схеме выпрямления с нулевым выводом. Максимальное значение обратного напряжения, которым в течение 2/3 периода закрыт каждый диод, равняется наибольшему значению линейного напряжения или в /3 раз больше наибольшего фазиого напряжения стах вторичной обмотки трансформатора.

Выпрямитель трехфазного тока, выполненный по мостовой схеме (рис. 131,г), имеет две группы соединений диодов — катодную (диоды КО/, УйЗ, У05) и анодную (диоды У02, Уй4 и У£)б) Нагрузка в виде сопротивления ги включена между общим катодом К и общим анодом А. При этом в каждой фазе а, Ь или с ток в течение 2л/3 проходит в одном направлении, а в течение 2л/3 — в обратном В каждый момент времени проводят ток два диода: один из катодной группы с высшим потенциалом анода и одни из анодной группы с низшим потенциалом катода Например, в момент времени <0 (рис. 131,д) наибольшую положительную э.д.с. вао имеет фаза а, а наибольшую отрицательную э д с. еьо — фаза Ь. Ток проходит от фазы а через диод У01, резистор гн и диод Уй4 к фазе Ь. Через диод Уй4 ток ц (рис. 131,е) протекает до тех пор, пока отрицательный потенциал на его катоде больше, чем на катодах диодов Уй2 и Уйб

С момента Г| отрицательная э.д.с есо становится больше э.д.с. е4о. Поэтому диод УЭ4 закроется и включится в работу диод Уйб; ток будет протекать от фазы а к фазе с С момента г2 положительная э. ток от фазы с протекает сначала через диоды К05, Уй2 и фазу о, затем — через диоды К05, Уй4 и фазу Ь. При этом, как видно из рис. 131,3«, выпрямленное напряжение и ток имеют шесть пульсаций за период Мгновенное значение выпрямленного напряжения между точками К и А равно междуфазной э.д с. работающих фаз: иы = /ЗЕгтСОвв, где угол 0 = ш1 изменяется от — я/6 до + л/3.

⇐Предыдущая Оглавление Следующая⇒

Электропоезда переменного тока | Схемы выпрямления переменного тока

Основными элементами в любой схеме выпрямления являются вентили, которые пропускают ток по электрической цепи только в одном направлении. Вентили могут включаться по различным схемам, в зависимости от этого изменяется форма выпрямленного тока и напряжения. Рассмотрим несколько схем выпрямления при работе выпрямителя на активную нагрузку без учета прямого падения напряжения и обратного тока вентилей, активного сопротивления и индуктивности обмоток трансформатора.

Мгновенное напряжение на выходе выпрямителя и приложенное к нагрузке называют мгновенным выпрямленным напряжением и0. Мгновенный ток, потребляемый нагрузкой, называют мгновенным выпрямленным током 1о- Среднее выпрямленное напряжение выпрямителя обозначают II о, а средний выпрямленный ток — 1о.

Схема однополупериодного выпрямления. Схема (рис. 104, о),состоит из одного вентиля В, включенного последовательно с нагрузкой А?„ в цепь вторичной обмотки трансформатора. При синусоидальном напряжении и{ на первичной обмотке трансформатора напряжение и2 на вторичной обмотке также будет синусоидальным (рис. 104,6). В течение положительной полуволны начало вторичной обмотки (на схеме обозначено точкой) имеет более высокий потенциал, чем ее конец, напряжение приложено к вентилю в проводящем направлении. Вентиль проводит ток 1о, а напряжение ий на нем равно нулю. Напряжение и0 на нагрузке равно напряжению вторичной обмотки трансформатора. Под действием этого напряжения по нагрузке будет протекать ток г’о, мгновенное значение которого определяется соотношением 1о= но/Ян- Ток 1о изменяется в фазе с напряжением и0 и поэтому может быть изображен той же кривой с измененным масштабом (рис. 104, в). Когда вторичное напряжение изменит направление, вентиль запирается и ток через него становится равным нулю. При этом все напряжение вторичной обмотки будет приложено к вентилю в обратном направлении (рис. 104, г). Когда этот полупериод закончится, ток вновь начнет протекать через вентиль. Таким образом, рассмотренная схема выпрямляет однофазный ток через каждый полупериод.

Схема двухполупериодного выпрямления с нулевым выводом. Данная схема по существу представляет собой объединение двух рассмотренных схем однополупериодного выпрямления. В схеме с нулевым выводом (рис. 105, а) включены две вторичные обмотки трансформатора, соединенные между собой через нулевой вывод, в который включено активное сопротивление 1?„. Кроме того, в цепях каждой обмотки находится по одному вентилю, которые присоединены в общей точке к сопротивлению

К первичной обмотке трансформатора подводится синусоидальное напряжение и\. В первую половину периода, когда напряжение ик положительно, а ыв — отрицательно, ток под действием напряжения ик протекает через вентиль 1; во вторую половину периода, когда положительным становится напряжение «в, а «д — отрицательным, ток протекает через вентиль 2 под действием

положительного напряжения ив. Таким образом, ток и напряжение выпрямляются уже в оба полупериода, но пульсация их остается по-прежнему от нуля до максимального значения (рис. 105, б, в, г, д, е, ж). Величины обратных напряжений на выпрямителях достигают удвоенного максимального фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом. На электроподвижном составе для питания вспомогательных цепей применяют трехфазную схему выпрямления. Простейшей трехфазной схемой выпрямления является трехфазная схема с нулевым выводом (рис. 106, о). Питание трехфазной схемы осуществляется от трехфазной сети через трехфазный трансформатор Т. Вторичные обмотки трансформатора соединены в «звезду». Каждая фаза работает поочередно.

В момент 1о (рис. 106, б) из трех напряжений их, ив, ис положительным является напряжение фазы А. Напряжение и0 на нагрузке 1?„ равно фазному напряжению иЛ. Такое положение будет сохраняться до момента 1\, когда «Л = ив. До этого момента тока в фазе В нет. Даже когда напряжение фазы В, пройдя

Рис. 104. Схема однополупериодного выпрямителя:

а — схема выпрямления; б — напряжение вторичной обмотки трансформатора; в — выпрямленное напряжение; г — обратное напряжение на вентиле

Рис. 105. Схема двухполупериодного выпрямления с нулевым выводом:

а — схема выпрямления; 0 — фазные напряжения вторичной обмотки трансформатора; в — выпрямленное напряжение и ток; г — напряжение на вентиле 1; д — ток фазы А вторичной обмотки трансформатора и вентиля 1; с — ток фазы В вторичной обмотки трансформатора и вентиля 2; ж — ток первичной обмотки трансформатора

через нуль, становится положительным, ток в ней до момента t\ будет равен нулю, так как вентиль 2 заперт обратным напряжением, определяемым разностью напряжений фаз Л и В. До момента t2 ток на нагрузку R„ будет протекать только через фазу В и вентиль 2. В момент t\ вентиль 1 закрывается, а вентиль 2 открывается, так как напряжение фазы В становится выше напряжения фазы А. Коммутация (переключение) тока с вентиля 1 на вентиль 2 происходит мгновенно, исходя из допущения, что индуктивность обмоток трансформатора равна нулю. Через нагрузку Rn будет проходить ток фазы В iv, = U; до момента 12, когда в работу вступит фаза С. При этом произойдет коммутация тока с вентиля 2 на вентиль 1 (рис. 106, ж). В интервале г,—/2 напряжение на нагрузке равно напряжению фазы В: и0 = «в, в интервале 12—(3 — напряжению фазы С:

Отсюда видно, что в трехфазной схеме выпрямления, каждая фаза питает нагрузку RH в течение ‘/з периода. Две трети периода каждый из вентилей закрыт обратным напряжением.

Рис. 106. Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом:

а — схема выпрямления; б — — фазные напряжения вторичной обмотки трансформатора; в — выпрямленное напряжение и ток; г — напряжение на вентиле >; д, е, ж — токи в фазах А, б, С вторичной обмотки трансформатора

Рис. 107. Однофазная мостовая схема:

а — схема выпрямления; б — — напряжение вторичной обмотки трансформатора; а — выпрямленное напряжение и ток; г — напряжение вентиля 1, о — ток вентиля 1; е — ток вторичной обмотки трансформатора

В этой схеме кривая выпрямленного напряжения представляет собой огибающую кривую верхних частей полуволн фазных напряжений (рис. 106, в) и пульсация выпрямленного напряжения и0, а следовательно, и тока г0 уже меньше, чем в схеме двухполупериодного выпрямления с нулевым выводом. Кривая обратного напряжения и.\, которым 2/3 периода закрыт каждый из вентилей, показана на рис. 106, г. Максимальное значение обратного напряжения, прикладываемого к каждому вентилю, в уЗ раз больше максимального фазного напряжения £/,„ач или равно максимальному значению вторичного линейного напряжения. Количество пульсаций выпрямленного напряжения за один период питающего напряжения переменного тока

Ш = 1;; 1’/’,

где 1″„ — частота пульсаций выпрямленного напряжения; I — частота питающего переменного тока.

Время между пульсациями выпрямленного напряжения называют периодом повторяемости.

Однофазная мостовая схема выпрямления. Широкое распространение на электроподвижном составе нашли однофазные мостовые схемы выпрямления. Эти схемы имеют преимущества по сравнению со схемами двухполупериодного выпрямления с нулевым выводом. Благодаря лучшему использованию вторичной обмотки трансформатора в мостовой схеме габариты и масса трансформатора значительно меньше, чем при схеме двухполупериодного выпрямления с нулевым выводом. Мостовая однофазная схема (рис. 107, а) состоит из однофазного трансформатора, вторичная обмотка которого питает вентили, соединенные по мостовой схеме.

При включении переменного напряжения и\ на первичную обмотку на вторичной обмотке возникает переменное напряжение и2. В течение положительной полуволны напряжения и2 на вторичной обмотке трансформатора ток 12 будет проходить через вентиль 1, активную нагрузку Я„ и вентиль 3. В следующий полупериод при изменении направления напряжения и2 ток проходит через вентиль 2, активную нагрузку 1?„ и вентиль 4.

Таким образом, в оба полупериода направление протекающего через нагрузку 1?н тока г0 сохраняется постоянным. Ток через каждый вентиль, как и в двух-полупериодной схеме с нулевым выводом, протекает только в течение одного полупериода (рис. 107, б, в). Но при выпрямлении по мостовой схеме вторичная обмотка трансформатора работает в оба полупериода вся (рис. 107, е), тогда как при двухполупериодной схеме с нулевым выводом в течение полупериода работает лишь половина вторичной обмотки трансформатора. В этом преимущество мостовой схемы.

Кривые выпрямленного тока и напряжения в мостовой схеме такие же, как и в двухполупериодной схеме с нулевым выводом. Но в мостовой схеме обратное напряжение на вентилях (рис. 107, г) достигает лишь амплитудного значения фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора, т. е. в 2 раза меньше, чем в схеме с нулевым выводом. В этом второе преимущество мостовой схемы.

Трехфазная мостовая схема выпрямления. Питание данной схемы происходит через трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которого соединены в «звезду». В данной схеме применяются две группы вентилей (рис. 108).

В первую (катодную) группу входят вентили 1, 3 и 5, во вторую (анодную) — 4, 6 и 2. В первой группе ток проводит один из трех вентилей, имеющий в данный момент наибольший положительный потенциал анода, соответственно во второй

группе ток проводит вентиль, имеющий в данный момент наиболее отрицательный потенциал катода.

В момент времени го (рис. 108, а) наибольший положительный потенциал получает фаза В, тогда как наибольший отрицательный потенциал сохраняет фаза С. Поэтому ток в момент времени 10 проходит от фазы В через вентиль 3, активную нагрузку 1?„, вентиль 2 к фазе С. Через вентиль 2 ток будет проходить до момента г1, т. е. до тех пор, пока отрицательный потенциал на вентиле 2 будет больше, чем на вентилях 4 и 6.

В момент времени 1\ отрицательные э. д. с. фазы С и фазы А выравниваются, а потом отрицательная э. д. с. фазы А увеличивается и в вентилях второй, анодной группы происходит коммутация тока с вентиля 2 на вентиль 4, который проводит ток с 1\ до (3.

В первой, катодной группе вентилей ток через вентиль 3 будет проходить в течение времени 1о—»*2. В момент г2 происходит коммутация тока с вентиля 3 на вентиль 5 и т. д. Из рассмотрения схемы и диаграмм видно, что два вентиля по одному из первой и второй групп работают совместно в течение ‘/б части периода. Поэтому в течение периода пульсация выпрямленного напряжения и тока происходит 6 раз.

Анализируя приведенные схемы, можно сделать вывод, что основными величинами, характеризующими выпрямители, являются среднее значение выпрямленного напряжения и максимальное обратное напряжение на вентилях.

Сглаживание пульсаций выпрямленного тока. Во всех схемах, рассмотренных выше, мы наблюдаем пульсацию электрического тока, что сказывается на работе аппаратов, питающихся этим током. Однако при включении индуктивности в цепь нагрузки происходит сглаживание пульсаций. На моторных вагонах электропоездов переменного тока пульсирующим выпрямленным напряжением питают тяговые двигатели. Форма и величина тока в этом случае определяются в основном противо-э. д. с. двигателей и индуктивностью цепи выпрямленного тока. Индуктивность тяговых двигателей небольшая, поэтому в их цепи в качестве дополнительной индуктивности включают сглаживающие реакторы.

Рассмотрим процесс сглаживания пульсаций выпрямленного тока за счет наличия в цепи тяговых двигателей индуктивности. Мгновенное значение пульсирующего напряжения выпрямителя ио (рис. з, когда и0 меньше елв (ес — отрицательная), выпрямленный ток уменьшается.

Относительная пульсация кпо определяется соотношением

I таь — Лпш |„„л1 (38)

■•но .—/0. zl ср

В силовых схемах однофазного выпрямленного тока допускается относительная пульсация ±(25—30)%. ‘

При уменьшении нагрузки относительная пульсация увеличивается, а для обеспечения хорошей коммутации тяговых двигателей относительную пульсацию желательно поддерживать постоянной как можно в более широком диапазоне нагрузок. Поэтому необходимо, чтобы индуктивность цепи’ выпрямленного тока LB была не постоянной, а менялась с изменением нагрузки по закону гиперболы (кривая 1, рис. ПО):

/ср1в = const. (39)

Исходя из сказанного, необходимо, чтобы сглаживающие реакторы на моторных вагонах имели характеристику, приближенную к гиперболе. Такую характеристику обеспечивают реакторы со стальным сердечником. При малых нагрузках реактор с сердечником работает на прямолинейной часта кривой намагничивания (кривая 2 на рис. ПО), а следовательно, и индуктивность ДФ/А1 имеет наибольшее и постоянное значение. При увеличении нагрузки режим работы реактора переходит на более пологую часть кривой намагничивания, и индуктивность его уменьшается.

На электропоездах переменного тока применяют сглаживающие реакторы СР-800. Пульсации тока, а следовательно, и магнитного потока главных и дополнительных полюсов тягового двигателя вызывают вихревые токи в остове, увеличивающие нагрев обмоток двигателей, и отрицательно сказываются на коммутации тяговых двигателей. Пульсация магнитного потока главных полюсов вызывает также трансформаторную э. д. с. в коммутирующих витках обмоток якоря. Чтобы избавиться от трансформаторной э. д. с.в коммутирующих витках и улучшить коммутацию, уменьшают пульсацию тока возбуждения с помощью активных сопротивлений, включенных параллельно обмотке главных полюсов. При этом постоянная составляющая тока разветвляется обратно пропорционально активным сопротивлениям, а переменная — обратно пропорционально индуктивным сопротивлениям. Поэтому переменная составляющая тока полностью протекает по сопротивлению, включенному параллельно обмотке главных полюсов. Сочетание

в работе схемы сглаживающего реактора и шунтировки обмоток главных полюсов активным резистором обеспечивает устойчивую работу тяговых двигателей постоянного тока при пульсирующем напряжении.

Коммутация тока в схемах выпрямления. При рассмотрении схем выпрямления мы не принимали во внимание индуктивность трансформатора, т. е. считали ее равной нулю. На самом деле индуктивность существует и она влияет на процесс переключения тока с одного вентиля на другой — на коммутацию тока. В действительных схемах из-за наличия индуктивности обмоток трансформатора мгновенная коммутация невозможна и существует определенный переходный процесс переключения, когда ток в одном вентиле уменьшается, а в другом — увеличивается и одновременно оказываются открытыми два соседних (по порядку включения) вентиля.

Рассмотрим процесс коммутации на примере однофазной мостовой схемы выпрямления (см. рис. 107), принимая, что: активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора и прямые сопротивления вентилей равны нулю; имеется индуктивность обмоток трансформатора; нагрузкой выпрямителя является большая индуктивность. На рис. 111 показаны кривые изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, выпрямленного напряжения и токов вентилей 1-3 и 2-4. В момент, когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора за рассматриваемый полупериод упадет до нуля, выпрямленный ток будет продолжать протекать в прежнем направлении (через вентили 1-3) благодаря действующей э. д. с. самоиндукции вторичной обмотки трансформатора. Постепенный переход нагрузки с вентилей 1-3 на вентили 2-4 начинается тогда, когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора изменяет свое направление и начинает действовать против тока в этой обмотке. Это и будет коммутацией. В период коммутации напряжение на нагрузке выпрямительной установки равно нулю. Длительность процесса коммутации выражают в угловых единицах и называют углом коммутации у или углом перекрытия.

⇐Разделительные трансформаторы | Электропоезда переменного тока | Внешние характеристики преобразователей установки⇒

Преобразование электроэнергии. Схемы выпрямления. Принцип действия и основные соотношения. Сложные нулевые схемы выпрямления. Теория работы мостовых схем выпрямления, страница 12

        (71)

Рис. 21. Шестипульсовая сложная нулевая схема выпрямления

последовательного типа (схема Вологдина) и временные диаграммы

электромагнитных процессов в ней

Так как напряжение вторичной обмотки в этой схеме, то в фазе вторичной обмотки тягового трансформатора число витков вдвое меньше, чем в предыдущей схеме. На меньшее напряжение выполняется и междуфазная изоляция и легче условия работы вентилей по напряжению. Обратное напряжение на вентильном плече равно линейному, но с учетом выражения (71)

                            (72)

то есть вдвое меньше, чем в схеме параллельного типа (рис. 21, е).

          Поскольку секции соединены последовательно, то каждая из них нагружена и коммутирует полный ток , поэтому в соответствии с рис. 21, д, ж

                                                    (73)

          Токи вторичной и сетевой обмотки преобразовательного трансформатора в соответствии с рис. 21, з, и, равны

                                          (74)

Мощность вторичной обмотки  в этой схеме равна

                                                          (75)

мощность первичной (сетевой) обмотки 

                                          (76)

а типовая мощность трансформатора

                                                     (77)

Мощности трансформатора S1 и S2 равны мощностям трансформатора в схеме параллельного типа, что свидетельствует о прежнем использовании активных материалов трансформатора. Преимущество схемы выражается лишь в отсутствии уравнительного реактора и, как следствие, в отсутствии пика напряжения холостого хода. Внешняя характеристика схемы имеет такой же наклон (А = 0,5), как и в схеме параллельного типа.

4. Теория работы мостовых схем выпрямления

4.1. Однофазная мостовая схема выпрямления

Однофазная мостовая схема выпрямления приведена на рис. 22.

Рис. 22. Однофазная мостовая схема выпрямления

Схема предложена в 1897 г. Грэцом, а также Поллаком.

На электровозах и электропоездах переменного тока однофазная мостовая схема выпрямления применяется в силовых цепях. В цепях питания обмоток возбуждения тяговых двигателей, вспомогательных цепях и цепях управления применяются однофазные нулевые и мостовые схемы выпрямления, а так же трехфазные нулевые и мостовые выпрямители.

Вентильные блоки при мостовых схемах выпрямления состоят из двух коммутационных групп: катодной и анодной. Приемник электрической энергии включается между общим катодом К и общим анодом А (рис. 22). К каждому выводу вторичной обмотки трансформатора подключено по два вентиля, один из анодной, второй – из катодной групп.

Временные диаграммы электромагнитных процессов в однофазной мостовой схеме выпрямления приведены на рис. 23. 

Для облегчения понимания сути электромагнитных процессов в этой схеме примем потенциал вывода вентильной обмотки b равным 0. Тогда потенциал вывода вентильной обмотки а будет изменяться по синусоидальному закону (рис. 23, а).

          Рис. 23. Временные диаграммы электромагнитных процессов

в однофазной мостовой схеме выпрямления

За период питающего напряжения (Т = 2π) при работе этой схемы возможны два интервала повторяемости:

– интервал I (0 ≤ ωt ≤ π), на котором ua> ub;

– интервал II (π ≤ ωt ≤ 2π), на котором ub> ua.

На интервале повторяемости I открыты вентили VD1 и VD2, так как потенциалы на их анодах выше, чем потенциалы на их катодах. Вентили VD3 и VD4 закрыты, так как потенциалы на их катодах выше, чем потенциалы на их анодах. На интервале повторяемости II по тем же причинам открыты вентили VD3 и VD4 и закрыты вентили VD1 и VD2 (рис. 23, б, в).

На интервале повторяемости I , а напряжение на выходе преобразователя равно разности потенциалов между общим катодом и общим анодом схемы выпрямления ud= uK – uA= ua – ub= uab (рис. 23, г). На интервале повторяемости II , а напряжение на выходе преобразователя также равно разности потенциалов между общим катодом и общим анодом схемы выпрямления ud= uK – uA= ub – ua= uba (рис. 23, г).

Таким образом, имея одну фазу вторичного напряжения, схема имеет две пульсации в кривой выпрямленного напряжения (m2 = 1, m = 2!).

Расчет однофазной мостовой схемы выпрямления курсовая по радиоэлектронике

Реферат. Курсовая работа содержит 11 листов, 1 рисунок, 1 схему, использовано 3 источника литературы. Перечень ключевых слов: диод, выпрямленный ток, напряжение, транзистор, конденсатор, резистор. Цель работы: получение и закрепление материала. Область применения: учебные цели. Эффективность: повышения качества знаний. Содержание. PAGE 3 Стр. 1. Задание на курсовую работу 2 2. Реферат 3 3. Введение 5 4. Расчетная часть 6 5. Заключение 11 6. Список использованной литературы 12 Введение. PAGE 3 для повышающей обмотки: d2 = 0,8 = 0,8 = 0,11 мм. Выберем тип вентилей. Обратное напряжение на вентиль для однофазной мостовой схемы с нагрузкой емкостного характера составляет: Uобр = 1,5 * 1,2 U0 = 1,5 * 1,2 * 700 = 1260 В. Среднее значение тока вентиля для данной схемы состовляет: Iср= 0,5 * I0 = 0,5 * 0,02 = 0,01 А. Т.к. нет диодов, допускающих заданое обратное напряжение, то используем последовательное включение диодов, в каждое плечо моста последовательно два диода типа Д217 с параметрами: Uобр доп = 1600 В ≥ 1260 В; Iср доп = 0,05А > 0,01А. Расчитаем сглаживающий фильтр. Определяем емкость конденсатора на входе фильтра, обеспечивающего пульсацию выпрямленого тока не более 10 %. Для мостовой схемы: Сф1 = = = 0,7 мкФ. По каталогу выбираем стандартный электролитический конденсатор типа КЭГ – 2, емкостью 5 мкФ на 1000 В, в количестве 2 штук и ставим их последовательно. Уточняем коэффициент пульсации на входе транзисторного фильтра: Кп. вх = % = = 1,71%. Расчитаем элементы схемы транзисторного фильтра. Транзистор, работающий в схеме сглаживающего фильтра, должен иметь максимальный ток коллектора Iк. макс. доп ≥ 2 I0. Для рассчитываемой схемы можно использовать, например, транзистор типа П4А: Iк.макс. доп.= 5А ≥ 2I0 = 2 * 0,02А = 0,04А. Параметры транзистора типа П203: В=5; α=0,95; Uк. э. макс. доп. = 35 В; Iк0 < 0,4 мА. PAGE 3 Величина сопротивления R1 обычно составляет 80-100 Ом. По таблице выберем резистор с сопротивлением R1=100 Ом. Мощность, рассеиваемая резистором R1: PR1= I20 * R1= (0,02)2 * 100 = 0,04 Вт. В качестве сопротивления R1 может быть использован резистор типа МТ-0,125. Емкость С2 находим по формуле: C2 = 0,5 = 0,5 = 50 мкФ. Принимаем C2 = 50 мкф, причем рабочее напряжение конденсатора С2: Uраб.= 1,5 * I0* R1=1,5 * 0,02 * 100 = 3 В. Под наши данные подходит малогабаритный электролитический конденсатор типа ЭТО-1, 50 мкФ на 15 В. Сопротивление нагрузки Rн можно определить: Rн = = = 35000 ом. Сопротивление коллекторного p–n — перехода принимаем равным r ≈ 104 ом. Напряжение на участке коллектор-эммитер может быть найдено по формуле: Uк. э.=(0,3 — 0,7) Uк. э. макс. доп., но не должно превышать 16-20 В. Для нашего примера можно принять Uк. э=17,5 В. R2 ≈ ; R2 ≈ ≈ 522 ком. Учитывая, что через резистор R2=100 Ом проходит незначительный ток базы транзистора, мощность, рассеиваемая резистором R2, может быть минимальной. В качестве сопротивления R2 выберем резистор типа МЛТ -0,25. По таблице выбираем резистор с сопротивлением R2 = 560 ком. Коэффициент сглаживания транзисторного фильтра определим по формуле: q ≈ . Конденсатор CФ3 на выходе транзисторного фильтра обычно имеет PAGE 3 такие же параметры, что и конденсатор на входе, т.е. CФ3=5 мкФ с рабочим напряжением 1000 В. q ≈ ≈ 173. Коэффициент пульсации на выходе фильтра составит: Кп. вых. = == 0,01 %. Значение коэффициента пульсации на выходе фильтра не превышает заданного (0,01% < 0,1%). Определим падение напряжения постоянного тока на фильтре: ΔUФ = I0 * RФ. Где Rф – сопротивление фильтра постоянному току Rф = R1 + . Следовательно, ∆Uф = 0,02 (100 + ) =20 В. Составим принципиальную схему рассчитаного выпрямителя с фильтром: Заключение. В данной курсовой работе произведен расчет однофазной мостовой схемы выпрямления, показаны кривые выходного напряжения, выходного тока, кривые тока и напряжения на вентиле В1 и В2, принципиальная схема выпрямления. PAGE 3

6 Однофазные выпрямители и сглаживающие фильтры

Тема: Однофазные выпрямители и сглаживающие фильтры.

Вопрос 1. Общие сведения.

Выпрямителем называют устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии источника переменного тока в электрическую энергию, потребляемую приемником постоянного тока. Такое преобразование необходимо в том случае, когда первичным источником электроэнергии является однофазная (трехфазная) сеть или автономный генератор переменного тока, а потребитель электроэнергии работает на постоянном токе.

Для потребителей постоянного тока мощностью до нескольких сотен ватт используют однофазные выпрямители, подключаемые к однофазной сети переменного тока. Однофазные выпрямители, как правило, входят в состав источников вторичного электропитания (ИВЭ) радио- и телевизионных, измерительных, вычислительных электронных устройств, применяют для питания электродвигателей постоянного тока, зарядки аккумуляторных батарей и др.

Для потребителей постоянного тока мощностью более 1 кВт используют трехфазные выпрямители, подключаемые к промышленной трехфазной сети.

Структурная схема традиционного однофазного источника питания постоянного тока представлена на рис.4.1.


Основным и обязательным элементом схемы является выпрямитель (В) на полупроводниковых вентилях. Принцип действия любого выпрямителя основан на односторонней проводимости вентилей, преобразующих переменный ток в пульсирующий ток постоянного направления. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения после выпрямителя может быть включен сглаживающий фильтр (Ф), а при необходимости постоянства величины напряжения Uн на нагрузке — стабилизатор напряжения (Ст). Выпрямитель подключается к питающей сети переменного тока через трансформатор (Т) в случае, если требуется преобразование уровня напряжения питающей сети Uс к необходимому уровню напряжения нагрузки Uн, а также для электрического разделения цепей.

Основными недостатками выпрямителей с трансформаторным входом являются большие габариты, масса трансформатора и сглаживающего фильтра. В малогабаритных ИВЭ электронной аппаратуры применяют схемы с бестрансформаторным входом, работа которых основана на многократном преобразовании электрической энергии. В таких схемах выпрямитель подключен непосредственно к питающей сети, а согласование уровней напряжений сети и нагрузки производится трансформатором на повышенной промежуточной частоте переменного тока, что позволяет значительно уменьшить габариты и массу трансформатора и фильтра.

Рекомендуемые файлы

Вопрос 2. Однофазный однополупериодный выпрямитель.

Однофазный однополупериодный выпрямитель содержит один вентиль VD, включенный в цепь вторичной обмотки трансформатора Т последовательно с нагрузкой Rн (рис.4.2,а). Временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу выпрямителя на активную нагрузку без фильтра, представлены на рис.4.2,б. В первый полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора u2=, когда оно положительно, диод VD открыт, т.к. на его аноде действует положительный потенциал. На этом интервале времени (0T/2) через нагрузку будет протекать ток , являющийся для диода прямым током. При этом uв=0, uн=u2=. На втором полупериоде напряжение u2 становится отрицательным, и диод закрывается под действием отрицательного потенциала на аноде диода. На этом интервале времени (T/2 — T) iн=0, uн=0, напряжение на вентиле uв=u2= будет являться обратным напряжением диода.

В результате такой работы вентиля ток через нагрузку будет протекать в течение только одного полупериода переменного напряжения u2 и вызывать на нагрузке периодическое несинусоидальное напряжение uн, среднее значение которого может быть определено

.

Средний ток через вентиль Iпр равен среднему току нагрузки Iпр=Iн.

Максимальное напряжение на закрытом вентиле

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

Расчетная мощность трансформатора

Недостатками однополупериодного выпрямителя являются большой уровень пульсаций выпрямленного напряжения, вынужденное намагничивание сердечника трансформатора за счет постоянной составляющей тока вторичной обмотки, плохое использование трансформатора (SТ=3,5Pн), низкие коэффициенты использования вентилей (KI=Iв.max/Iн=p, KU=Uобр.max/Uн=p), малый КПД выпрямителя h=0,481.

Однополупериодные выпрямители применяются для питания маломощных усилителей, электронно-лучевых трубок и в высоковольтных установках для испытания изоляции.

Вопрос 2. Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из четырех вентилей, включенных по мостовой схеме (рис.4.3,а). К одной диагонали моста подано переменное напряжение u2=, к другой — подключена нагрузка Rн. Временные диаграммы напряжений и токов представлены на рис.4.3,б. В первый полупериод напряжения u2, когда потенциал на аноде VD1 положительный, диоды VD1 и VD3 открыты, и ток нагрузки протекает через VD1, Rн и VD3. В этом интервале времени uн=u2, диоды VD2 и VD4 закрыты и находятся под обратным напряжением. На втором полупериоде напряжение u2 становится отрицательным, и диоды VD1 и VD3 будут теперь в закрытом состоянии находиться под обратным напряжением, а диоды VD2 и VD4 — открыты. Ток iн будет протекать через VD2, VD4 и через нагрузку Rн в том же направлении, что и в предыдущий полупериод.

В результате такой попарной работы диодов ток в нагрузке будет протекать в течение двух полупериодов и вызывать напряжение uн, среднее значение которого будет в два раза больше, чем при однополупериодном выпрямлении

; ; .

Так как пары диодов проводят ток нагрузки поочередно по полпериода, то прямой ток вентилей будет равен Iпр=0,5Iн.

Максимальное напряжение на закрытых вентилях

Расчетная мощность трансформатора

Двухполупериодный выпрямитель в сравнении с однополупериодным имеет следующие преимущества: выпрямленные ток и напряжение вдвое больше, значительно меньший уровень пульсаций uн, вентили выбираются по половине тока нагрузки, хорошо используется трансформатор и отсутствует вынужденное подмагничивание его сердечника. Мостовая схема имеет преобладающее применение в выпрямителях небольшой и средней мощности.

Для оценки пульсаций выпрямленного напряжения пользуются понятием коэффициента пульсаций q, который равен отношению амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения к среднему значению: .

Вопрос 3. Сглаживающие фильтры.

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры. Основными элементами пассивных фильтров являются реактивные элементы: конденсаторы и дроссели. На базе транзисторов и операционных усилителей выполняются более сложные активные фильтры. Эффективность фильтра характеризуется коэффициентом сглаживания, равным отношению коэффициентов пульсаций на входе и выходе фильтра

.

Емкостной фильтр состоит из конденсатора, подключаемого параллельно нагрузке, при этом напряжение uн=uC определяется процессами заряда и разряда конденсатора. В однополупериодном выпрямителе конденсатор Cф будет заряжаться через вентиль,

если u2>uC (интервал времени t1t2 на рис. 4.4). Когда u2<uC (t2t3), вентиль закрыт, и конденсатор разряжается через сопротивление нагрузки Rн с постоянной времени tр=CфRн; при этом .

Достоинством емкостного фильтра является простота, повышенное напряжение на нагрузке и хорошее сглаживание при малых выходных токах. С увеличением тока нагрузки при уменьшении Rн уменьшается постоянная разряда конденсатора и возрастает коэффициент пульсаций на нагрузке. Емкостной фильтр целесообразно использовать при высокоомной нагрузке с малым значением выпрямленного тока.

Индуктивный фильтр состоит из индуктивной катушки (дросселя), включаемой последовательно с нагрузкой. Дроссель с индуктивностью Lф не оказывает сопротивления постоянной составляющей тока нагрузки, но подавляет переменные составляющие тока, для которых реактивное сопротивление катушки возрастает с увеличением частоты высших гармоник.

Недостатками индуктивных фильтров являются большие габариты и масса дросселя, поэтому применяются такие фильтры преимущественно в трехфазных выпрямителях большой и средней мощности при низкоомной нагрузке с большими значениями токов.

Для более эффективного сглаживания применяют составные или многозвенные фильтры, коэффициент сглаживания которых равен произведению коэффициентов сглаживания отдельных звеньев . К составным фильтрам можно отнести Г— и П-образные LC-фильтры (см. табл. 4.1).

Вопрос 3. Расчет выпрямителя.

Расчет выпрямителя сводится к выбору вентилей, определению типа и параметров фильтра и трансформатора. Исходными данными к расчету являются напряжение U1=Uс и частота f1 питающей сети, напряжение Uн и мощность Pн нагрузки.

Для надежной работы вентилей их выбирают из условия, чтобы среднее значение тока через открытый вентиль Iпр и максимальное обратное напряжение на закрытом вентиле Uобр.mне превышали допустимый прямой ток вентиля Iпр.maxи обратное максимальное напряжение Uобр.max

Iпр < Iпр.max И Uобр.m < Uобр.max.

Iпр и Uобр.mрассчитываются из соотношений, приведенных в табл. 4.2 для соответствующей выпрямительной схемы, а Iпр.maxи Uобр.maxопределяются из справочника для выбираемых вентилей.

Выбор трансформатора проводится по расчетной мощности Sт и коэффициенту трансформации  (см. табл. 4.2).

                                                        Таблица 4.1

Коэффициент

Сглаживания

фильтра

Условия

Эффективной

Работы

1. Емкостной

,

где m – число пульсаций выпрямленного

напряжения

;

,

где  — частота основной гармоники пульсаций;

2. Индуктивный

3. Г-образный

где

;

;

4. П-образный

Задавшись Cф1=Cф2,

Определяют

,

При расчете фильтра известными являются: величина допустимого коэффициента пульсаций на нагрузке qн=qвых, коэффициент пульсаций выпрямителя q=qвх, и соотношения определяемых параметров фильтра с его коэффициентом сглаживания (см. Табл. 4.1).

Схема

U2/Uн.ср.

I2/Iн

I1nТ/Iн

SТ/Pн

Uобр.m/Uн

IВ/Iн

q

m

Однополу-периодная

2.22

1.57

1.21

3.5

3.14

1

1.57

1

Мостовая

1.11

1.11

1.11

1.23

1.57

0.5

0.667

2

Вопрос 4. Характеристики выпрямителей.

Основной характеристикой выпрямителя является внешняя характеристика, которая показывает зависимость выходного напряжения от тока нагрузки Uн=f(Iн). Приблизительный расчет выходного напряжения выпрямителя с учетом внутреннего падения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, вентилях и элементах фильтра может быть выполнен по формуле:

,

где  — выходное напряжение выпрямителя в режиме холостого хода;

RТ – сопротивление вторичной обмотки трансформатора;

Rпр – суммарное сопротивление открытых вентилей;

Rф – суммарное сопротивление фильтра.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действие выпрямителей.

2. Как влияет емкостный фильтр на величину обратного напряжения на вентиле?

3. Почему уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения при включении емкостного или индуктивного фильтра?

Бесплатная лекция: «27 Сретение Господне» также доступна.

4. Достоинства и недостатки разных типов фильтров.

5. Что такое коэффициент пульсаций и коэффициент сглаживания?

6. По каким критериям осуществляется выбор вентилей?

7. Как определяется мощность трансформатора в выпрямителях?

8. Как изменится форма напряжения на нагрузке при пробое одного вентиля в исследуемых выпрямителях?

Выпрямители однофазного тока — Энциклопедия по машиностроению XXL

В, переменного сварочного тока напряжением 65 В с питанием от многопостовых трансформаторов, постоянного сварочного тока с питанием от многопостовых преобразователей и выпрямителей, однофазного тока 12 В для местного освещения, ацетилена и кислорода.  [c.129]

Таким образом, для работы выпрямительного регулируемого с помощью тиристоров блока автоматической катодной станции или усиленного электродренажа необходимо обеспечить включение тиристоров в строго определенные моменты времени, которые в свою очередь устанавливаются в зависимости от воспринимаемого сигнала — разности потенциалов между защищаемым сооружением и электродом сравнения. Система управления тиристорами может быть выполнена по горизонтальному или вертикальному принципу. При горизонтальном управлении система осуществляет сдвиг синусоиды питающей сети, а затем из нее при необходимости формируются импульсы управления. Сдвиг фазы напряжения, как правило, осуществляется с помощью фазовращателя. На рис. 21,а показана схема фазовращателя, где в цепь вторичной обмотки трансформатора цепи управления включены постоянная емкость и мостовой выпрямитель однофазного тока, который можно рассматривать как переменное активное сопротивление с величиной, определяемой напряжением сигнала С/вх-  [c.46]


Выпрямители однофазного тока осуществляются в следующих вариантах  [c.133]

Выпрямители однофазного тока. Мощные выпрямители однофазного тока применяются относительно редко. Однако они нашли широкое применение в системах электровозов и начинают применяться в системах возбуждения тяговых генераторов тепловозов. Мостовая схема (см. рис. 118, в) является наиболее распространенной для тепловозных установок.  [c.133]

Рис. 119. Графики напряжений и токов для мостового выпрямителя однофазного тока (сплошные линии — активная, штриховые ли НИИ — индуктивная нагрузка)
Принцип действия управляемого выпрямителя рассмотрим на примере выпрямителя однофазного тока с нулевым выводом. Вентили в простой схеме выпрямления (рис. 121) проводят ток поочередно каждый во время той части периода, когда напряжение на его аноде более положительно. Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от его амплитудного значения.  [c.136]

Для выпрямителя однофазного тока и нагрузки со значительной индуктивностью  [c.139]

Вольт-амперная характеристика 145 Выпрямители однофазного тока 133  [c.253]

Мостовая схема двухполупериодного неуправляемого выпрямителя однофазного тока (рис. 7,а) состоит из четырех вентилей В1—84, питающихся непосредственно от источника переменного тока или от вторичной обмотки трансформатора. В течение положительной полуволны напряжения и вентили 81 и 83 пропускают ток I в1, который в цепи нагрузки На протекает от катодного вывода К к анодному выводу А. Во второй полупериод ток в цепи нагрузки течет в том же направлении от вывода К к выводу А, но открытыми здесь будут вентили 82 и 84. Следовательно, общин катодный вывод К — положительный полюс выпрямителя, а общий анодный вывод А — отрицательный полюс.  [c.18]

Кенотронные, газотронные и тиратронные выпрямители, применяемые для питания аппаратуры связи, обычно монтируются по схеме двухтактного выпрямителя однофазного тока. Газотронные выпрямители включаются  [c.908]

Все электровозы перечисленных серий предназначены для работы на постоянном токе. Но для продолжения опытов применения однофазного переменного тока, начатых еш,е перед войной, Новочеркасский завод построил в 1953—1954 гг. два опытных шестиосных грузовых электровоза серии НО, работавших на однофазном токе промышленной частоты и оборудованных игнитронными ртутными выпрямителями.  [c.233]


Для преобразования на электрическом локомотиве однофазного тока в постоянный, кроме ртутного выпрямителя, может быть применён мотор-генераторный или однофазный одноякорный преобразователь.  [c.627]

Подвозбудитель представляет собой синхронный генератор однофазного тока. Он через магнитный усилитель, блок полупроводниковых выпрямителей и селективный узел питает независимую обмотку возбуждения возбудителя. Системы возбуждения главного генератора и дополнительного регулирования обеспечивают полное использование мощности дизеля в широком диапазоне скоростей движения поезда.  [c.65]

От однофазного переменного тока выпрямители подразделяют на однополупериодные и двухполупериодные. Кроме того, имеются выпрямители трехфазного тока,  [c.170]

Пуск и регулирование скорости электровоза производятся регулированием напряжения однофазного тока, подводимого к выпрямителям, для чего вторичная обмотка трансформатора имеет ряд выводов, переключаемых в определённой последовательности электропневматическими контакторами и переключателем.  [c.400]

Область применения зарядка небольших аккумуляторных батарей в этом случае выпрямитель часто берётся однофазным. Выпрямители средней и большой мощности используются для питания постоянным током отдельных цехов промышленных предприятий, для питания тяговых установок.  [c.546]

Осуществлённые опытные электровозы однофазно-постоянного тока со статическими преобразователями (ртутными выпрямителями) имеют существенные преимущества перед мо-тор-генераторными в отношении веса и стоимости, но отличаются низким коэфициентом мощности и неблагоприятны в отношении влияния на провода связи.  [c.416]

Схема регулятора состоит из двух основных узлов управляемого выпрямителя на тиристорах и управляющей схемы на транзисторах. Управляемый выпрямитель выполнен по однофазной мостовой схеме на двух тиристорах Т1 п Т2 типа ТЛ-100-6 и трех неуправляемых полупроводниковых вентилях Д1, Д2, ДЗ типа ВК2-100-6. При этом неуправляемый вентиль ДЗ используется в качестве обратного диода, шунтирующего обмотку возбуждения генератора повышенной частоты. Питание управляемого выпрямителя осуществляется непосредственно от сети переменного тока напряжением 220 Б.  [c.218]

На рис. 22, б представлена схема выпрямителя однофазного тока с использованием средней точки вторичной обмотки трансформатора. Сплошными стрелками показано направление в первый полупериод, а штриховыми стрелками — во второй полупериод. В отличие от первой схемы здесь нет перерыва тока, так как используются обе половины синусоиды однофазного тока. Имеются схемы выпрямления, в которых пульсация выпрямленного тока сведена к минимуму — это так называемые мостовые схемы выпрямления, применяемые как для однофазного, так и для трехфа зного тока.  [c.45]

Группа параллельно соединенных шайб, пропускающих ток только в одном направлении, называется плечо м выпрямителя. Для выпрямления однофазного тока применяют выпрямители, состоящие из двух пдечей. Выпрямители трехфазного тока должны иметь шесть пле-чей. Из рис. 25 следует, что выпрямитель РСЗОО имеет 10 шайб, образующих шесть плечёй из трех шайб каждое. Такое соединение шайб в выпрямителе осуществлено при помощи латунных шинок 11 (см. рис. 24) и сборных проводов/2.  [c.94]

Схемы полупроводниковых выпрямителей могут быть классифицированы по выходной мощности — установки малой мощности (единицы киловатт), средней (десятки киловатт) и большой мощности по числу фаз источника питания — напрямители однофазного тока и трехфазного тока по возможностям регулировки — неуправляемые и управляемые. Выпрямители однофазного и трехфазного тока в зависимости от схемы включения вентилей и схе] ы соединения обмоток трансформатора в свою очередь подразделяют на схемы со средней точкой, мостовые и т. д. Иногда выпрямители классифицируют и по ряду других признаков характеру нагрузки (активная, активно-индуктивная, активно-емкостная, нагрузка с противоэдс), напряжению (низкого, среднего и высокого), частоте выпрямленного тока и т. д.  [c.23]


Мостовые выпрямительные схемы однофазного тока могут быть и несимметричными. В таких схемах в два плеча включаются управляемые вентили, а в два других — обычные неуправляемые вентили. Несимметричный управляемый выпрямитель применен в качестве усилителя УВВ (рис. 8) в системе регулирования возбуждения синхронного генератора тепловоза ТЭ109.  [c.20]

Электрохимическое полирование сталей с применением переменного тока отличается более рашюнальным выполнением процесса вследствие возможности одновременной обработки детален на двух (при питании однофазным током) нли трех (при питании трех-фазным током) штангах. Полирование про зводят при НИЗКОМ напряжении без применения выпрямителей. Однако качество полирования с применением переменного тока пока уступает качеству поверхности, полученной при анодном полировании.  [c.83]

Работы учёных показали, что наиболее перспективной для магистральных железных дорог является система однофазного тока промышленной частоты. С целью практического сравнения этой системы с системой постоянного тока Новочеркасским электровозостроительным заводом имени С. М. Будённого с 1954 г. выпускаются опытные электровозы НО однофазного тока промышленной частоты с ионными выпрямителями для питания тяговых двигателей постоянного тока.  [c.10]

Электровоз ОР22, построенный этими же заводами в 1939 г., являлся первым советским электровозом однофазного тока промышленной частоты, предназначенным для работы при напряжении в контактном проводе 20 ООО в. Двигатели электровоза питались постоянным током от многоанодного ртутного выпрямителя, расположенного на электровозе.  [c.62]

Электровозы НО выпускаются Новочеркасским заводом с 1954 г. и являются электровозами однофазного тока промышленной частоты, работающими при напряжении в контактном проводе 20 000 в. Они оборудованы одноанодными запаянными ртутными выпрямителями (игнитронами).  [c.62]

Локомотивы системы однофазного тока пониженной частоты 162/з и 25 и промышленной частоты 50 гц выполняются по одной из следующих систем с коллекторными двигателями с преобразователями однофазно-трёхфазного тока с мотор-генсраторами с ионными преобразователями с полупроводниковыми выпрямителями.  [c.541]

С однофазп ШИ коллекторным 16 /, гц i двигателями Однофазного тока с к оллек-торными двигателями Однофазно-постоянного тока с мотор-генератором Однофазно-постоянного тока с одноанодными выпрямителями  [c.553]

Для опытного участка хелленталь-екой дороги на однофазном токе промышленной частоты были изготовлены 4 электровоза с часовой мощностью 2 000 2 020 2 056 и 2 400 квт различных типов один с коллекторными двигателями один с однофазными асинхронными двигателями с промежуточным ротором и два электровоза однофазно-постоянного тока с насосными многоанодными ртутными выпрямителями. Все эти электровозы имеют осевую формулу 0-2р-2(,-0.  [c.562]

Сварочные выпрямители выполняются преимущественно с однофазными и трехфазными мостовыми схемами двухполупериод-ного выпрямителя. На рис. 33, а представлена однофазная схема включения вентилей в четыре плеча, которые образуют так называемый мост. В одну диагональ моста включен переменный однофазный ток напряжением U— в другую, где действует выпрямленный ток напряжением на выходе U , включена нагрузка Н.  [c.73]

На последующих выпусках тепловозов 2ТЭ10Л регулирование перенесено в цепь возбуждения возбудителя. Эти тепловозы оборудованы подвоз-будителями однофазного тока СПВ (см. рис. 87, в) и возбудителями В постоянного тока. Такая схема дает возможность рез о уменьшить мощность, вес и габариты подвозбудителя, магнитных усилителей и полупроводниковых выпрямителей.  [c.94]

В 1954 г. Новочеркасским заводом построены два первых электровоза однофазного тока серии НО (фиг. 8). На этих электровозах однофазный ток высокого напряжения с помощью трансформатора и ртутных выпрямителей преобразуется в постоянный ток, на котором и работают тяговые двигатели. В настоящее время строится опытная партия электровозов серии НО, которые будут работать на участке Ожерелье—Павелец Московско-Курско-Донбас-ской железной дороги, электрифицированном на переменном токе промышленной частоты.  [c.14]

Выпрямление однофазного тока осуществляется по схеме с нулевым выводом, подразделяющим вторичную обмотку на две полуобмотки (фазы) О—и О-—а . При работе выпрямителя ток поочерёдно протекает через фазу О—а ,  [c.408]

Возбудитель ВС-650В (рис. ПО)—это однофазный синхронный генератор повышенной частоты, защищенного исполнения, самовенти-лируемый, служит для питания (через полууправляемый выпрямитель) постоянным током обмоткн возбуждения тягового генератора и относится к вспомогательным тяговым электрическим машинам. Охлаждающий воздух прогоняется через полость машины литым вентилятором из алюминиевого сплава и выбрасывается через окна в станине со стороны контактных колец. Вентиляционные окна на входе и выходе охлаждающего воздуха закрываются съемными сеткой и крышкой с выштампованными в них отверстиями. Вентилятор 16 крепится болта-  [c.194]

Маломощные выпрямители бывают обычно однофазными и работают на нагрузку с фильтром, начинающимся емкостью. Выпрямители на очень малые токи (единицы миллиампер) собирают по однополупериод-ной схеме (рис. 1, а). Без фильтра коэффициент пульсации, т. е. отношение амплитуды первой гармоники выпрямленного тока к его постоянной составляющей, очень велик и составляет 1,57. Емкость фильтра рассчитывается по заданному коэффициенту пульсации и сопротивлению нагрузки Ra- Сф —-. Диод выбирают по выпрямленному  [c.165]

Различают тормозные электромагниты однофазные и трёхфазные переменного тока, и шунтовые и сериесные постоянного тока. В последнее время всё большее распространение получают однофазные магниты, хотя трёхфазные магниты работаютболееспокойно, без вибраций и шума. Для тормозов с диаметрами шкивов, превышающими 300 мм, даже при общей питании от сети переменного тока рекомендуется использование магнитов постоянного тока, питаемых от специальных выпрямителей.  [c.852]



Russian HamRadio — Выпрямители, достоинства и недостатки.

Выпрямители используются в блоках питания радиоэлектронных устройств для преобразования переменного напряжения в постоянное. Схема любого выпрямителя содержит 3 основных элемента:

Силовой трансформатор – устройство для понижения или повышения напряжения питающей сети и гальванической развязки сети с аппаратурой.

Выпрямительный элемент (вентиль), имеющий одностороннюю проводимость – для преобразования переменного напряжения в пульсирующее.

Фильтр – для сглаживания пульсирующего напряжения.

Выпрямители могут быть классифицированы по ряду признаков: по схеме выпрямления – однополупериодные, двухполупериодные, мостовые, с удвоением (умножением) напряжения, многофазные и др.

По типу выпрямительного элемента – ламповые (кенотронные), полупроводниковые, газотронные и др.

По величине выпрямленного напряжения – низкого напряжения и высокого.

По назначению –для питания анодных цепей, цепей экранирующих сеток, цепей управляющих сеток, коллекторных цепей транзисторов, для зарядки аккумуляторов и др.

Основные характеристики выпрямителей:

Основными характеристиками выпрямителей являются:

Номинальное напряжение постоянного тока – среднее значение выпрямленного напряжения, заданное техническими требованиями. Обычно указывается напряжение до фильтра U0 и напряжение после фильтра (или отдельных его звеньев – U. Определяется значением напряжения, необходимым для питаемых выпрямителем

устройств.

Номинальный выпрямленный ток I0 – среднее значение выпрямленного тока, т.е. его постоянная составляющая, заданная техническими требованиями. Определяется результирующим током всех цепей питаемых выпрямителем.

Напряжение сети Uсети – напряжение сети переменного тока, питающей выпрямитель. Стандартное значение этого напряжения для бытовой сети –220 вольт с допускаемыми отклонениями не более 10 %.

Пульсация – переменная составляющая напряжения или тока на выходе выпрямителя. Это качественный показатель выпрямителя.

Частота пульсаций – частота наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя. Для самой простой однополупериодной схемы выпрямителя частота пульсаций равна частоте питающей сети. Двухполупериодные, мостовые схемы и схемы удвоения напряжения дают пульсации, частота которых равна удвоенной частоте питающей сети. Многофазные схемы выпрямления имеют частоту пульсаций, зависящую от схемы выпрямителя и числа фаз.

Коэффициент пульсаций – отношение амплитуды наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя к среднему значению напряжения или тока. Различают коэффициент пульсаций на входе фильтра (p0 %) и коэффициент пульсаций на выходе фильтра (p %). Допускаемые значения коэффициента пульсаций на выходе фильтра определяются характером нагрузки.

Коэффициент фильтрации (коэффициент сглаживания) – отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра k с = p0 / p. Для многозвенных фильтров коэффициент фильтрации равен произведению коэффициентов фильтрации отдельных звеньев.

Колебания (нестабильность) напряжения на выходе выпрямителя –изменение напряжения постоянного тока относительно номинального. При отсутствии стабилизаторов напряжения определяются отклонениями напряжения сети.

Схемы выпрямителей.

Выпрямители, применяемые для однофазной бытовой сети выполняются по 4 основным схемам: однополупериодной, двухполупериодной с нулевой точкой (или просто- двухполупериодной), двухполупериодной мостовой(или просто –мостовой, реже называется как “схема Герца”), и схема удвоения(умножения) напряжения(схема Латура). Для многофазных промышленных сетей применяются две разновидности схем: Однополупериодная многофазная и схема Ларионова.

Чаще всего используются трехфазные схемы выпрямителей. Основные показатели, характеризующие схемы выпрямителей могут быть разбиты на 3 группы:

Относящиеся ко всему выпрямителю в целом: U0 -напряжение постоянного тока до фильтра, I0 – среднее значение выпрямленного тока, p0 – коэффициент пульсаций на входе фильтра.

Определяющие выбор выпрямительного элемента (вентиля): Uобр – обратное напряжение (напряжение на выпрямительном элементе (вентиле) в непроводящую часть периода), Iмакс – максимальный ток проходящий через выпрямительный элемент (вентиль) в проводящую часть периода.

Определяющие выбор трансформатора: U2 – действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, I2 – действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора, Pтр – расчетная мощность трансформатора.

Основные характеристики различных схем выпрямления.

Сравнение схем выпрямления и ориентировочный расчет выпрямителя можно сделать, используя данные из таблицы.

Тип схемы

Uобр

I макс

I 2

U 2

C 0 *

P0 %

U C0

Однополупериодная

3 U0

7 I 0

2 I 0

0,75U0

60 I 0/U0

600 I

0
——
U0 *C0

1,2U0

Двухполупериодная

3 U0

3,5 I 0

I 0

0,75U0

30 I 0/U0

300 I

0
——
U0 *C0

1,2U0

Мостовая

1,5 U0

3,5 I 0

1,41 I 0

0,75U0

30 I 0/U0

300 I

0
——
U0 *C0

1.2U0

Удвоения напряжения

1,5 U0

7 I 0

2,8 I 0

0,38U0

125 I 0/U0

1250 I

0
——
U0 *C0

0,6U0

* Значение емкости конденсатора рассчитано для P0 % = 10 %

Задавшись значением напряжения на выходе выпрямителя U0 и значением номинального тока в нагрузке (среднего значения выпрямленного тока) I 0, можно без труда определить напряжение вторичной обмотки трансформатора, ток во вторичной обмотке, максимально допустимый ток вентилей, обратное напряжение на вентилях, а также рабочее напряжение конденсатора фильтра. Задавшись необходимым коэффициентом пульсаций, можно рассчитать значение емкости на выходе выпрямителя.

Однополупериодный выпрямитель.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

Как видно на осциллограммах напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт и напряжение в нагрузку подается только с заряженного в предыдущий полупериод конденсатора. При отсутствии конденсатора пульсации выпрямленного напряжения довольно значительны.

Недостатками такой схемы выпрямления являются: Высокий уровень пульсации выпрямленного напряжения, низкий КПД, значительно больший, чем в других схемах, вес трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

Данная схема выпрямителя применяется крайне редко и только в тех случаях, когда выпрямитель используется для питания цепей с низким током потребления.

Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение на одной половине вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке

.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

В этом выпрямителе используются два вентиля, имеющие общую нагрузку и две одинаковые вторичные обмотки трансформатора (или одну со средней точкой). Практически схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, имеющих два разных источника и общую нагрузку. В одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку проходит с одной половины вторичной обмотки через один вентиль, в другом полупериоде — с другой половины обмотки, через другой вентиль.

Преимущество: Эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньше пульсации по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления. Емкость конденсатора при одинаковом с однополупериодной схемой коэффициенте пульсаций может быть в 2 раза меньше.

Недостатки: Более сложная конструкция трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали.

Мостовая схема выпрямителя.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора.

Основная особенность данной схемы – использование одной обмотки трансформатора при выпрямлении обоих полупериодов переменного напряжения.

При выпрямлении положительного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Верхний вывод вторичной обмотки – вентиль V2 – верхний вывод нагрузки – нагрузка — нижний вывод нагрузки — вентиль V3 – нижний вывод вторичной обмотки – обмотка.

При выпрямлении отрицательного полупериода переменного напряжения ток проходит по следующей цепи: Нижний вывод вторичной обмотки – вентиль V4 – верхний вывод нагрузки — нагрузка – нижний вывод нагрузки – вентиль V1 – верхний вывод вторичной обмотки – обмотка. Как мы видим, в обоих случаях направление тока через нагрузку (выделено курсивом) одинаково.

Преимущества: По сравнению с однополупериодной схемой мостовая схема имеет в 2 раза меньший уровень пульсаций, более высокий КПД, более рациональное использование трансформатора и уменьшение его расчетной мощности. По сравнению с двухполупериодной схемой мостовая имеет более простую конструкцию трансформатора при таком же уровне

пульсаций. Обратное напряжение вентилей может быть значительно ниже, чем в первых двух схемах.

Недостатки: Увеличение числа вентилей и необходимость шунтирования вентилей для выравнивания обратного напряжения на каждом из них.

Эта схема выпрямителя наиболее часто применяется в самых различных устройствах. На основе этой схемы, при наличии среднего вывода с вторичной обмотки трансформатора можно получить еще два варианта схем выпрямления:

На левой схеме отвод от средины вторичной обмотки позволяет получить еще одно напряжение, меньше основного в 2 раза. Таким образом основное напряжение получается с мостовой схемы выпрямления, дополнительное – с двухполупериодной.

На правой схеме получается двуполярное напряжение амплитудой в 2 раза меньше чем получаемое в основной схеме. Оба напряжения получаются с помощью двуполупериодных схем выпрямления.

Схема удвоения напряжения.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 — Напряжение вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Отличительной особенностью данной схемы является то, что в одном полупериоде переменного напряжения от вторичной обмотки трансформатора “заряжается” один конденсатор, а во втором полупериоде от той же обмотки– другой. Поскольку конденсаторы включены последовательно, то результирующее напряжение на обоих конденсаторах (на нагрузке) в два раза выше, чем можно получить от той же вторичной обмотки в схеме с однополупериодным выпрямителем.

Преимущества: Вторичную обмотку трансформатора можно рассчитывать на значительно меньшее напряжение.

Недостатки: Значительные токи через вентили выпрямителя, Уровень пульсаций значительно выше, чем в схемах двуполупериодных выпрямителей.

Эта же схема может использоваться еще в двух вариантах:

Левая схема предназначена для получения двух напряжений питания одной полярности, правая – для получения двуполярного напряжения с общей точкой.

Во втором варианте схемы характеристики выпрямителя соответствуют характеристикам однополупериодного выпрямителя.

Многофазные выпрямители.

Многофазные выпрямители применяются, как правило только в промышленной и специальной аппаратуре. Обычно в промышленной аппаратуре применяются трехфазные выпрямители двух типов – трехфазный выпрямитель и выпрямитель Ларионова.

Трехфазный выпрямитель.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

ФА, ФС, ФВ – напряжения на вторичных обмотках трехфазного трансформатора.

U va, Uvb, Uvc напряжение на нагрузке получаемое с соответствующего вентиля.

Uн – Суммарное напряжение на нагрузке.

Выпрямитель представляет собой однополупериодный выпрямитель для каждой из трех фазных вторичных обмоток. Все три вентиля имеют общую нагрузку. Если рассмотреть осциллограммы напряжения на нагрузке при отключенном конденсаторе для каждой из трех фаз, то можно заметить, что напряжение на нагрузке имеет такой же уровень пульсаций, как и в схеме однополупериодного выпрямления. Сдвиг фаз (т.е. сдвиг по времени) напряжений выпрямителей между собой в результате даст в 3 раза меньший уровень пульсаций, чем в однофазной однополупериодной схеме выпрямления.

Достоинства: Низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения.

Недостатки: Так же как и в однофазной однополупериодной схеме выпрямления, низкий КПД, нерациональное использование трансформатора. Данный выпрямитель неприменим для обычной однофазной сети.

Схема Ларионова.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

Этот выпрямитель представляет собой мостовые выпрямители для каждой пары трехфазных обмоток, работающие на общую нагрузку.

Соединяя в себе достоинства мостового выпрямителя и трехфазного питания, он имеет настолько низкий уровень пульсаций, что позволяет работать почти без сглаживающего конденсатора или с небольшой его емкостью.

Недостатки: Увеличенное количество вентилей. Выпрямитель также не может быть применен для работы в однофазной бытовой сети.

Выпрямители для бестрансформаторного питания аппаратуры.

Бестрансформаторные выпрямители являются простейшими неавтономными источниками постоянного тока. Они применяются при напряжениях близких к напряжению сети или превышающих его в 1,5 – 2,5 раза и токах до нескольких десятков миллиампер.

Ограниченное применение бестрансформаторных выпрямителей объясняется в первую очередь требованиями техники безопасности, так как оба полюса выпрямленного напряжения гальванически связаны с сетью.

Второй недостаток таких выпрямителей – отсутствие гибкости при выборе выпрямленного напряжения. Для радиоаппаратуры можно использовать в качестве безтрансформаторных выпрямители: Однополупериодный, мостовой, удвоения напряжения. Основные характеристики такие же как и в случае с трансформаторным питанием. Сетевое напряжение подключают к точкам подключения вторичных обмоток трансформаторов (вместо трансформатора).

Безтрансформаторные схемы опасны для использования!

Для питания малогабаритной портативной аппаратуры с токами до 15-20 миллиампер можно применять однополупериодные или мостовые схемы с гасящими конденсаторами. В этой схеме конденсатор Сгас выполняет роль “безваттного” реактивного сопротивления, образующий с активным сопротивлением нагрузки своеобразный делитель напряжения.

 

Реактивное сопротивление гасящего конденсатора указано в формуле.

Данная схема может найти применение для заряда малогабаритных аккумуляторов радиоприемников, радиостанций и радиотелефонов.

При конструировании и эксплуатации выпрямителя также необходимо соблюдать осторожность!

Некоторые рекомендации по работе с выпрямителями.

Вторичные обмотки трансформаторов необходимо всегда защищать плавкими предохранителями. В этом случае короткое замыкание в цепи нагрузки не приведет к таким последствиям как выход из строя трансформатора и тем более не приведет к возгоранию аппаратуры.

Часто при конструировании выпрямителей оказывается, что нет нужных вентилей (диодов) или конденсаторов. с нужными характеристиками. В таком случае можно применить параллельное или последовательное соединение вентилей или конденсаторов.

Что при этом нужно помнить?

Если имеющиеся вентили (диоды) по допустимому току меньше расчетного максимального тока, можно применить параллельное соединение таких диодов, умножив их допустимый ток на количество диодов в “связке”.

В случае если допустимое обратное напряжение вентилей (диодов) меньше рассчитанного значения, можно применить их последовательное соединение, включив параллельно каждому диоду шунтирующие резисторы, которые выровняют обратное напряжение между диодами. Величину сопротивления шунта рассчитывают по формуле:

Rш = 700 * Uобр / N для диодов с Uобр меньше 200 В и Iмакс = 1 – 10 Ампер

Или

Rш = 150 * Uобр / N для диодов с Uобр более 200 В и Iмакс менее 0,3 Ампер

В случае если емкость конденсатора меньше расчетной, можно применить параллельное включение нескольких конденсаторов, имеющих рабочее напряжение не меньше расчетного.

В случае если рабочее напряжение конденсаторов меньше допустимого для конкретной схемы, можно применить последовательное включение конденсаторов, не забывая, что общая емкость в этом случае уменьшится во столько раз, сколько конденсаторов будет включено в последовательную цепь.

Такую схему применять можно только в крайнем случае, поскольку в такой схеме пробой (короткое замыкание) одного конденсатора вызовет “цепную реакцию”, так как на оставшиеся в работе конденсаторы будет приложено большее напряжение, чем было до замыкания одного из них. Шунтирование конденсаторов резисторами в этом случае не спасает аппаратуру от последовательного выхода из строя конденсаторов во всей цепочке. Лучше применить последовательное соединение нескольких выпрямителей, рассчитанных на более низкое напряжение. Тогда при пробое одного из конденсаторов выходное напряжение просто снизится.

В этой статье приведена только краткая информация по схемам выпрямителей. Более подробно о расчете выпрямителей можно прочесть в самой различной литературе.

При подготовке статьи использована литература:

В.Я. Брускин “Номограммы для радиолюбителей” МРБ 1972 год.

Б.Богданович, Э.Ваксер “Краткий радиотехнический справочник” Беларусь 1968 год.

Всего вам доброго!

Однофазный выпрямитель

— обзор

В [16] было показано, что 5-я и 7-я гармоники тока однофазных и трехфазных диодных выпрямителей часто находятся в противофазе. Эти знания можно использовать для уменьшения гармонических искажений тока в системе путем смешивания однофазных и трехфазных диодных выпрямителей. В этом разделе показан пример, иллюстрирующий влияние смешивания одно- и трехфазных диодных выпрямителей. В общем, может быть трудно предсказать эффект компенсации, особенно с учетом импеданса и зависимости гармонических токов от нагрузки.

12.4.3.1 Пример подавления гармоник путем смешивания одно- и трехфазных диодных выпрямителей

Моделируется установка с распределительным трансформатором 1 МВА. Линия СН считается синусоидальной и сбалансированной. На трансформаторе установлены однофазные диодные выпрямители (общая нагрузка 170 кВт) и трехфазный диодный выпрямитель мощностью 170 кВт. Трехфазный выпрямитель расположен рядом с трансформатором с медным кабелем 2 длиной 50 м, 90 мм. Нагрузки однофазного выпрямителя равномерно распределяются по трем фазам с помощью медного кабеля длиной 200 м, 50 мм 2 .Предполагается, что

однофазные выпрямители подключены к настенным розеткам, и поэтому для однофазных выпрямителей используется длинный кабель. На рисунке 12.24 показана смоделированная система.

РИСУНОК 12.24. Смоделированная система с трансформатором, кабелем и нагрузкой. Полное сопротивление кабелей показано их значениями на единицу, относящимися к трансформатору.

Реактивное сопротивление кабеля составляет 0,07 Ом / км, и емкостные эффекты не учитываются. Полное сопротивление кабелей показано их значениями на единицу, относящимися к трансформатору.Падение основного напряжения на длинном кабеле составляет около 7% при нагрузке однофазного выпрямителя 170 кВт. Импеданс кабеля является доминирующим сопротивлением короткого замыкания, если смотреть на однофазные выпрямители.

На рисунке 12.25a показан результат моделирования токов, потребляемых двумя группами выпрямителей. Токи складываются во вторичной обмотке трансформатора, как показано на рис. 12.25b.

РИСУНОК 12.25. Смоделированные токи, протекающие в системе. (a) Токи выпрямителя, потребляемые на PCC3.(b) Полный ток во вторичных обмотках трансформатора (PCC 2 ).

Интуитивно видно, что две формы сигнала хорошо поддерживают друг друга. Однофазный ток оказывает эффект «заполнения впадины» трехфазного тока, и результирующая форма волны выглядит более синусоидальной, чем любой из двух отдельных токов.

Суммарный коэффициент гармонических искажений трехфазного тока составляет 51%, а однофазного — 88%. Когда в трансформаторе добавляются токи, результирующее искажение составляет всего 38%.Это уменьшение искажений происходит в основном за счет подавления 5-й гармоники, как это более четко видно на рис. 12.26. На рисунке 12.26 показан гармонический спектр трех токов, показанных на рисунке 12.25.

РИСУНОК 12.26. Спектр гармоник выпрямителя (1 фаза и 3 фазы) и токов трансформатора (xfr).

Основные компоненты двух нагрузок выпрямителя синфазны и, таким образом, арифметически складываются в трансформаторе. Третья гармоника отсутствует в спектре трехфазной нагрузки, и поэтому составляющая третьей гармоники однофазного выпрямителя видна непосредственно в трансформаторе.Интересно наблюдать, что происходит с током 5-й гармоники. В этом случае наблюдается ток 110 А от трехфазного выпрямителя и 90 А от однофазного выпрямителя. На трансформаторе видно всего около 45 А. Это всего лишь около 20% от арифметической суммы двух вкладов выпрямителя. Составляющая 7-й гармоники в трансформаторе составляет менее 60% арифметической суммы.

В [16] делается вывод, что добавление трехфазного выпрямителя к существующей однофазной нагрузке не приведет к увеличению THD и тока на трансформаторе, но фактически снизит THD i и тем самым снизит потери в трансформатор.

Однофазный диодный выпрямитель

— обзор

4.7 Явление перекрытия коммутации диодов

На рис. 4.24 (a) показана силовая цепь трехфазного полумостового выпрямителя, которая будет использоваться для объяснения явления перекрытия коммутации диоды. Перекрытие коммутации — это нежелательная одновременная проводимость двух диодов, которая приводит к короткому замыканию между любыми двумя входными фазами переменного тока. Это явление вызвано индуктивностями входного источника, которые влияют на увеличение и уменьшение скорости нарастания тока, протекающего через каждый диод, при переключении между состояниями с прямым и обратным смещением.Это явление короткого замыкания, показанное на рис. 4.24 (a), называется явлением коммутации перекрытия. Например, предположим, что диод D 1 проводит питание нагрузки чистым постоянным током величиной I¯o. В момент, когда диод D 2 становится смещенным в прямом направлении, он начинает проводить ток, подавая ток на нагрузку одновременно с D 1 . Это вызовет короткое замыкание между двумя входными фазами переменного тока a и b на короткое время μ, пока диод D 1 не перейдет в состояние блокировки.Это явление возникает каждый раз, когда диод переходит в состояние проводимости, в то время как другой диод переходит в состояние блокировки и все еще проводит. Время короткого замыкания μ зависит от индуктивности входного источника L S (то есть L S линии передачи), от тока нагрузки и от значения входного переменного напряжения источника питания. При анализе явления перекрытия коммутации входное сопротивление R s считается незначительным. На рис. 4.24 (b) показаны формы сигналов выпрямителя с учетом интервалов перекрытия диодов.

Рисунок 4.24. Углы перекрытия коммутации диодов D 1 и D 2 в интервале коммутации от D 1 до D 2 .

а) Схема питания трехфазного полуволнового диодного выпрямителя; (b) формы сигналов выпрямителя с учетом явления перекрытия во время коммутации тока.

Угол ωt = 0 ° — начало интервала перекрытия, где v и = v bn . За пределами этого угла к выпрямителю прикладывается линейное напряжение v ba , в результате чего возникает ток короткого замыкания i sc , который называется током коммутации.Как видно из рис. 4.24 (а), ток короткого замыкания зависит от напряжения v ba и полного сопротивления цепи. Во время коммутации ток короткого замыкания i sc протекает через индуктивности двух входных источников L s . Направление тока короткого замыкания i sc такое же, как у тока i D2 , потому что во время конкретной коммутации v bn > v an . Следовательно, из рис. 4.24 (a), пренебрегая напряжениями проводимости диодов и сопротивлениями источника переменного тока, во время перекрытия коммутации выполняется следующее уравнение:

(4.153) vbn − van = vba = 6V˜isinωt = 2Lsdiscdt

, где V˜i = действующее значение входного фазного напряжения.

Решение уравнения. (4.153) получается соотношение токов короткого замыкания:

(4.154) isc = ∫6V˜isinωt2Lsdt = −6V˜i2ωLscosωt + C

Применяя начальное условие i sc (ωt = 0) = 0 (см. Рис. 4.24 (b)) к формуле. (4.154) значение константы C находится:

(4.155) C = 6V˜i2ωLs

Подставляя уравнение. (4.155) в уравнение. (4.154) дает:

(4.156) isc = 6V˜i2ωLs (1 − cosωt)

Интервал перекрытия заканчивается под углом ωt = μ, когда isc = I¯o (см. Рис.4.24 (б)). Следовательно, из уравнения. (4.156) находится значение угла коммутации:

(4.157) I¯o = 6V˜i2ωLs (1 − cosμ)

или

(4.158) μ = cos − 1 (1−2I¯oωLs6V˜i )

Используя уравнение. (4.158) угол перекрытия коммутации μ может быть вычислен, если известны значения входного фазного напряжения, индуктивности входного источника, частоты входного напряжения и выходного тока.

Как видно из Рис. 4.24 (b), выходное напряжение для каждого интервала перекрытия уменьшается на величину, равную площади A.Следовательно, каждый интервал перекрытия снижает среднее выходное напряжение выпрямителя на:

(4,159) V¯μ = AT = 12π∫0μ (vbn − vo) d (ωt) = 12π∫0μvbn − van2d (ωt) = 12π ∫0μvba2d (ωt) = 14π∫0μ6V˜isin (ωt) d (ωt) = 6V˜i4π (−cosωt) | 0μ = 6V˜i4π (−cosμ + cos0 °) = 0,195V˜i (1 − cosμ)

Согласно рис. 4.24 (b), для трехфазного полуволнового диодного выпрямителя имеется три интервала перекрытия за цикл и, следовательно, среднее выходное напряжение будет уменьшено на:

(4,160) В ¯o (потери ) = 3V¯μ = 3 × 0,195V˜i (1 − cosμ) = 0.58 (1-cosμ)

Пример 4.1

Для однофазного полномостового выпрямителя, работающего с чистым выходным током постоянного тока, дается следующая информация:

Входное напряжение = 120 В, среднеквадратичное значение 60 Гц, нагрузка источника постоянного тока E = 80 В, R = 2 Ом и L = 10 мГн.

Рассчитайте мощность, потребляемую источником постоянного тока E, а также мощность, потребляемую резистором.

Решение

Среднее выходное напряжение V¯o = 22V˜iπ = 22120π = 108V.

Следовательно, средний выходной ток равен I¯o = V¯o − ER = 108−802 = 14A.

Принимая во внимание только две высшие гармонические составляющие первого выходного напряжения, следующие результаты получены из формул. (4.15) и (4.16):

V˜o, 2 = 42V˜i3π2andV˜o, 4 = 42V˜i15π2I˜o, 2 = 42V˜i3π2 | Zo, 2 | и I˜o, 4 = 42V˜i15π2 | Зо, 4 |

Действующее значение выходного тока составляет I˜o≈I¯02 + I˜22 + I˜42

, где

I¯o = 14A

I˜o, 2 = 42V˜i3π2 | Zo, 2 | = 42 × 1203π222 + (2 × 2π × 60 × 0,01) 2 = 6.53A

I˜o, 4 = 42V˜i15π2 | Zo, 4 | = 42 × 12015π242 + (4 × 2π × 60 × 0,01) 2 = 0,65A

Следовательно, I˜o≈ (14) 2+ (6.53) 2+ (0,65) 2 = 15,46 А.

Мощность, потребляемая резистором нагрузки, равна PR = I˜o2R = (15.46) 2 (2) = 478 Вт.

Мощность, потребляемая источником постоянного тока нагрузки, равна PE = I¯oE = (14) (80) = 1120Вт.

Пример 4.2

Для выпрямителя на рисунке ниже, где ωL ≫ R, нарисуйте формы входных и выходных сигналов и вычислите среднее выходное напряжение и ток.

Solution

Для этого трехфазного полуволнового диодного выпрямителя диоды соединены таким образом, что в любой момент диод с самым высоким отрицательным анодным напряжением будет проводить и смещать в обратном направлении два других.На рис. 4.25 показаны основные формы сигналов выпрямителя.

Рисунок 4.25. Формы сигналов выпрямителя.

Используя форму выходного напряжения, среднее выходное напряжение и ток соответственно определяются следующим образом:

V¯o = −12π3∫ − π3π32V˜icosωtd (ωt) = — 32V˜i2π (sinωt) | −π3π3 = −32V˜ i2π (sin (π3) −sin (−π3)) = — 36V˜i2π = −1.17V˜iI¯o = V¯oR = −1.17V˜iR

Пример 4.3

Напряжение на нагрузке и ее ток задаются следующими уравнениями:

vi = 2 [200sinωt + 200sin (2ωt − 30 °)] ii = 2 [20sin (ωt − 45 °) + 10sin (2ωt − 60 °) + 10sin (3ωt + 60 °) ]

Вычислить: P, Q, S, D, λ, THD v % и THD i %.

Решение

V˜i = 2002 + 2002 = 282,84VI˜i = 202 + 102 + 102 = 24,49A

Si = V˜iI˜i = 6926,75 ВА

Пока нет ни напряжения, ни тока синусоидальные формы сигнала:

Pi = ∑1nV˜nI˜ncosφn = V˜1I˜1cosφ1 + V˜2I˜2cosφ2 = 200 × 20 × cos45 ° + 200 × 10 × cos30 ° = 2828,43 + 1732,05 = 4560,48 Вт

Qi = ∑1nV˜nI˜nsinφn = V˜1I˜1sinφ1 + V˜2I˜2sinφ2 = 200 × 20 × sin45 ° + 200 × 10 × sin30 ° = 2828,43 + 1000 = 3828,43VAR

Di = Si2 − Pi2 − Qi2 = ( 6926,75) 2- (4560,48) 2- (3828,43) 2 = 3539,06 ВА Искажение

λ = PiSi = 4560.486926,75 = 0,66

THDv% = Vi, 22Vi, 1 × 100 = 2002200 × 100 = 100%

THDi% = Ii, 22 + Ii, 32Ii, 1 × 100 = 102 + 10220 × 100 = 70,7%

Исследование Уравнение (4.39) коэффициент THD не учитывает серьезность гармоник более низкого порядка и рассматривает все гармоники одинаково. В связи с этим существует еще один коэффициент измерения качества электроэнергии, известный как взвешенное полное гармоническое искажение (WTHD), который используется в оборудовании звуковой системы и выражается как:

WTHDf% = [∑n = 2,3,4∞ ( Fnn) 2] F ~ 11/2 × 100

Пример 4.4

При подключении электролитического конденсатора к нагрузке однофазного диодного выпрямителя создается выходное напряжение постоянного тока с низкой пульсацией. Проанализируйте схему и рассчитайте емкость этого конденсатора по отношению к требуемой пульсации выходного напряжения.

Solution

На рис. 4.26 показан однофазный полномостовой диодный выпрямитель с конденсатором выходного фильтра и соответствующие формы сигналов. Как видно из рис. 4.26 (b), при подключении конденсатора фильтра к нагрузке сигнал выходного напряжения больше не является двухимпульсным, а имеет тенденцию становиться чистым постоянным током.Пара диодов D 1 и D 4 проводит от угла α к θ, а вторая пара D 2 и D 3 проводит от угла α + π к θ + π. Используя осциллограммы на Рис. 4.26 (b), выходное напряжение определяется по формуле:

Рис. 4.26. Выпрямитель с конденсатором выходного фильтра.

а) Силовая цепь; (б) формы сигналов выпрямителя.

(4.161) vo (ωt) = {| 2V˜isinωt | когда диод проводит (2V˜isinθ) e− (ωt − θ) / ωRC, когда диоды не проводят

, где V˜i = действующее значение входного напряжения; Vθ = 2V˜isinθ; θ = угол обратного смещения диодов.

Крутизна выходного напряжения согласно формуле. (4.161) равны:

(4.162) ddωt (2V˜isinωt) = 2V˜icosωtddωt (2V˜isinθe− (ωt − θ) / ωRC) = 2V˜isinθ (−1ωRC) e (ωt − θ) / ωRC

При угле ωt = θ градиенты функций равны, поэтому:

(4.163) 2V˜icosθ = 2V˜isinθ − ωRCe− (θ − θ) / ωRC = 2V˜isinθ − ωRCor2V˜icosθ2V˜isinθ = 1 −ωRCor1tanθ = 1 − ωRCorθ = tan − 1 (−ωRC) = — tan − 1 (ωRC) + π

На практике постоянная времени RC слишком велика (ωRC ≫ π) и, следовательно, из уравнения. (4.163):

(4.164) θ≈π2

Затем, подставляя уравнение. (4.164) в уравнение. (4.161)

(4.165) 2V˜isinθ≈2V˜i

При угле ωt = π + α две компоненты функции выходного напряжения равны, и, следовательно, выполняется следующее уравнение:

(4.166) (2V˜isinθ ) e− (π + α − θ) / ωRC = −2V˜isin (π + α) или (sinθ) e− (π + α − θ) / ωRC − sinα = 0

Применяя численные решения к уравнению. (4.166) можно найти значение угла α.

Согласно осциллограммам на рис. 4.26, размах пульсаций выходного напряжения выпрямителя определяется выражением:

(4.167) ΔVo = Vo, max − Vo, min = 2V˜i− | 2V˜isin (π + α) | = 2V˜i (1 − sinα)

На рис. 4.26 максимальное значение выходного напряжения составляет 2V˜i. и его минимальное значение можно оценить, вычислив выходное напряжение под углом ωt = π + α. Из рис. 4.26 и уравнения. (4.161) мгновенное значение минимального выходного напряжения определяется как:

(4.168) Vo, min = vo (π + α) = 2V˜ie− (π + π / 2 − π / 2) / ωRC = 2V˜ie −π / ωRC

Следовательно, уравнение. (4.167) принимает следующий вид:

(4.169) ΔVo≈2V˜i (1 − e − π / ωRC) = 2V˜i (1 − e − 1 / 2fRC)

Кроме того, поскольку в большинстве приложений значения ω, R и C таковы, что e − π / ωRC≈1 − πωRC, тогда уравнение.(4.169) принимает следующий вид:

(4.170) ΔVo≈2V˜iπωRC = 2V˜i2fRC

Как видно из рис. 4.26 (b), качество входного тока очень низкое из-за конденсатора фильтра, который генерирует импульс тока во время зарядки. Этот импульс тока может вызвать выход из строя выпрямительных диодов. Чтобы сгладить входной ток, вместе с конденсатором можно использовать индуктор, чтобы сформировать LC-фильтр нижних частот. На рис. 4.27 представлен новый выходной фильтр и полученный входной ток.

Рисунок 4.27. Диодный выпрямитель с выходным LC-фильтром.

а) Силовая цепь; (б) форма входного тока.

Пример 4.5

Для однофазного полномостового диодного выпрямителя с фильтрующим конденсатором, подключенным к нагрузке, приведены следующие характеристики:

Входное среднеквадратичное напряжение = 220 В, 50 Гц, R = 200 Ом, C = 1000 мкФ .

Рассчитайте пульсации выходного напряжения (размах) и требуемый выходной конденсатор, чтобы снизить пульсации до 1% от составляющей постоянного тока.

Решение

Используя вышеуказанные спецификации, были получены следующие результаты:

ωRC = (2π × 50) (200) (1000) (10−6) = 62,8

θ = −tan − 1 (ωRC) + π = −tan − 1 (62,8) + π = 1,58рад = 90,9 °

2V˜isinθ = 2202sin90,9 = 311,09V

Используя уравнение. (4.166) угол α может быть рассчитан по следующему уравнению:

sin (1.58) e− (π + α − 1.58) /62.88−sinα=0

При численных решениях значение α определяется как α = 72 °.

Используя значение α, амплитуда размаха выходного напряжения составляет:

ΔVo = Vo, max-Vo, min = 2V˜i− | 2V˜isin (π + α) | = 2V˜i (1 −sinα) = 2202 (1 − sin72 °) = 15.22V

Кроме того, размах колебаний выходного напряжения можно найти из следующего уравнения:

ΔVo≈2V˜i2fRC = 22022 × 50 × 200 × 1000 × 10−6 = 15,56V

Пульсации напряжения должны быть ограничены 1% составляющей постоянного тока, что составляет приблизительно 2202 = 311 В постоянного тока, должно выполняться следующее уравнение:

ΔVo2202 = 0,01≈12fRCorC≈12fR (ΔVo / 2V˜i) = 12 × 50 × 200 × 0,01 = 5000 мкФ

На рис. 4.28 показаны результаты моделирования, когда выходной конденсатор равен 1000 мкФ. Как видно, они полностью согласуются с соответствующими теоретическими.

Рисунок 4.28. Результаты симуляции.

(а) Входное напряжение; (б) выходное напряжение; (c) выходной ток; (d) конденсаторный ток; (e) входной ток; (е) ток перед выходным фильтром.

Пример 4.6

Однофазный двухполупериодный диодный выпрямитель используется для зарядки 12-вольтовой батареи. Внутреннее сопротивление батареи 0,1 Ом. Входное питание 230 В, 50 Гц подается на выпрямитель через силовой трансформатор (идеальный вариант с соотношением витков 20: 1). Рассчитайте максимальную входную активную мощность, потребляемую выпрямителем.

Решение

Iˆo = максимальный выходной ток, протекающий через резистор = Vˆo − ER

Кроме того,

Vˆo = максимальное выходное напряжение = (Vˆi) (120) = 230220 = 16,3V

Следовательно,

9000−2 Iˆ203A = 16,3A максимальная выходная активная мощность = IˆoVˆo = 43 × 16,3 = 701 Вт

Пример 4,7

Трехфазный мостовой диодный выпрямитель имеет следующие характеристики:

Входное линейное напряжение 480 В, 50 Гц, R = 25 Ом, L = 50 мГн . Рассчитайте:

a)

Среднее выходное напряжение и ток.

b)

Среднеквадратичная основная составляющая выходного тока.

c)

Действующее значение входного тока.

d)

Средний и среднеквадратичный ток диода.

e)

Полная выходная мощность.

Решение
a)

Из уравнения. (4.94) среднее выходное напряжение и ток определяются как:

V¯o = 32V между линиями π = 32 × 480π = 648V

I¯o = V¯oR = 64825 = 25.9A

b)

Как видно из рис. 4.12, первая высшая гармоническая составляющая выходного тока является шестой и ее амплитуда равна:

Iˆo, 6 = Vˆo, 6 | Zo, 6 |

Также, используя уравнение. (4.55) амплитуда шестой гармонической составляющей выходного напряжения равна:

Vˆo, 6 = 62 × 480π (36−1) = 37V

| Zo, 6 | = R2 + (6ωL) 2 = 252 + [6 (314 ) (0,05)] 2 = 97,5 Ом

Iˆo, 6 = 3797,5 = 0,379AI˜o, 6 = 0,3792 = 0,268A

I˜o = I¯o2 + I˜o, 62 + I˜o, 122 + ⋯ ≈ (25,9) 2+ (0,268) 2≈25,9A

в)

I˜i = 23I¯o = 23 × 25.9 = 21.2A

d)

I¯D = I¯o3 = 25.93 = 8.63A, I˜D = I˜o3 = 25.93 = 15A

e)

S = 3V˜inI˜ in = 3 (480) (21,2) = 17,6 кВА

Пример 4.8

Трехфазный полуволновой диодный выпрямитель имеет следующие характеристики:

Входное напряжение 127 В 50 Гц, сопротивление нагрузки 1 Ом и нагрузка индуктивность 100 мГн.

a)

Рассчитайте среднее выходное напряжение и ток.

b)

Если входной источник имеет индуктивность 1 мГн на фазу и средний выходной ток составляет 129 А, рассчитайте угол перекрытия коммутации и среднее выходное напряжение.

Решение
a)

Используя уравнение. (4.89) среднее выходное напряжение:

В¯o = 1,17V˜i = 1,17 × 127 = 148,6В

Следовательно, средний выходной ток равен I¯o = V¯oR = 1481 = 148,6A.

Поскольку ωL ≫ R, выходной ток считается чистым постоянным током, равным 148 A.

b)

В случае наличия индуктивности входного источника L с в источнике питания, угол перекрытия коммутации μ определяется выражением:

μ = cos − 1 (1−2I¯oωLs6V˜i) = cos − 1 (1-2 × 129 × 2π × 50 × 0.0016 (127)) = cos − 1 (0,739) = 42,35 °

Уменьшение среднего выходного напряжения из-за явления перекрытия коммутации составляет:

V¯o (потери) = 0,58V˜i (1 − cosμ) = 0,58 × 127 (1 − cos42,35 °) = 19,22 В

Следовательно, среднее выходное напряжение V¯o = 148,6−19,22 = 129,39 В.

Из-за перекрытия коммутации среднее выходное напряжение снижается на 12,93%.

Пример 4.9

Для однофазного полномостового диодного выпрямителя приведены следующие характеристики: входное напряжение 220 В, 50 Гц, R = 1 Ом и L = 0.1 H.

Рассчитайте коэффициенты RF, FF, σ и λ.

Решение

Из рис. 4.6 (d), где выходное напряжение представляет собой двухимпульсную форму волны, получены следующие результаты:

V¯o = 22V˜iπ = 22 × 220π = 198V, V˜o = V˜i = 220VandI¯o = V¯oR = 1981 = 198A

Кроме того, из частотного спектра выходного напряжения однофазного полномостового выпрямителя, показанного на рис. 4.2, с учетом только первых двух высших гармонических составляющих, получены следующие результаты:

V˜o, 2 = 42V˜i3π2 = 42 × 2203π2 = 93.37V, V˜o, 4 = 42V˜i15π2 = 42 × 22015π2 = 18,67V

I˜o, 2 = V˜o, 2 | Zo, 2 | = 42V˜i3π2 | Zo, 2 | = 42 × 2203π2 ( 1) 2+ (2 × 2π × 50 × 0,1) 2 = 1,49A

I˜o, 4 = V˜o, 4 | Zo, 4 | = 42V˜i15π2 | Zo, 4 | = 42 × 22015π2 (1 ) 2+ (4 × 2π × 50 × 0,1) 2 = 0,148A

Следовательно, действующий выходной ток равен:

I˜o = I¯o2 + I˜o, 22 + I˜o, 42 = (198 ) 2+ (1,49) 2+ (0,148) 2≈198A

Выходная мощность постоянного и переменного тока соответственно определяется выражением:

P¯o = V¯oI¯o = (198) (198) = 39204WP˜o = V˜oI˜o = (220) (198) = 43560W

Следовательно, требуемые коэффициенты:

RF = V˜RV¯o = V˜o2 − V¯o2V¯o = (220) 2− (198 ) 2198 = 0.48

FF = V˜oV˜R = V˜oV˜o2 − V¯o2 = 220 (220) 2− (198) 2 = 2,29

σ = P¯oP˜o = 3920443560 = 0,9λ = PiSi = P¯oV˜iI˜i = 39204 (220) (198) = 0,9

Пример 4,10

Для однофазного полномостового диодного выпрямителя, когда входной источник имеет индуктивность L i , а ток нагрузки равен чистый постоянный ток значения I¯o, определить угол перекрытия коммутации.

Решение

Силовая схема для определения угла коммутации показана на рис. 4.29. Кроме того, на рис. 4.30 показаны формы сигналов ключевой цепи во время коммутации.

Рисунок 4.29. Однофазный полномостовой диодный выпрямитель.

а) Силовая цепь; (б) эквивалентная схема при коммутации.

Рисунок 4.30. Схема основных осциллограмм во время коммутации.

Во время коммутации выполняется следующее уравнение:

vi − Lidiidt = 0forπ <ωt≤π + μ

Умножение приведенного выше уравнения на dωt:

vidωt = Lidiidtdωtforπ <ωt≤π + μorvidωt = ωLidiπ μ

Путем объединения обеих частей:

∫ππ + μvidωt = ∫I¯o − I¯oωLidiior∫ππ + μ2V˜isinωtd (ωt) = ∫I¯o − I¯oωLidii

2V˜i (cosπ − cos ( π + μ)) = — 2ωLiI¯oor2V˜i (−1 + cosμ) = — 2ωLiI¯o

или

μ = cos − 1 (1−2ωLiI¯o2V˜i)

Время одной коммутации или Интервал перекрытия равен:

Δt = время коммутации = μω = 1ωcos − 1 (1−2ωLiI¯o2V˜i)

Как видно из рис.4.30, выходное напряжение для каждого интервала перекрытия уменьшается на величину, равную площади A. Следовательно, каждый интервал перекрытия снижает среднее выходное напряжение выпрямителя на:

V¯μ = AT = ∫0μvid (ωt) 2π = ∫0μ2V˜isinωtd (ωt) 2π = 2V˜i2π (1 − cosμ)

Поскольку в однофазном полномостовом диодном выпрямителе есть два интервала перекрытия за цикл, среднее выходное напряжение уменьшается на:

В ¯o (потери) = 2V¯μ = 2V˜iπ (1 − cosμ)

3.4: Выпрямительные схемы — рабочая сила LibreTexts

Что такое выпрямление?

Теперь мы подошли к самому популярному применению диода: выпрямительный .Проще говоря, выпрямление — это преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC). Это включает в себя устройство, которое допускает только односторонний поток электронов. Как мы видели, именно это и делает полупроводниковый диод. Самая простая схема выпрямителя — это однополупериодный выпрямитель . Он позволяет только половине сигнала переменного тока проходить через нагрузку. (Рисунок ниже)

Схема однополупериодного выпрямителя.

Полуволновое выпрямление

Для большинства силовых приложений однополупериодного выпрямления недостаточно.Гармонический состав выходного сигнала выпрямителя очень велик, и, следовательно, его трудно фильтровать. Кроме того, источник питания переменного тока подает питание на нагрузку только половину за полный цикл, что означает, что половина его мощности не используется. Однако однополупериодное выпрямление — очень простой способ снизить мощность резистивной нагрузки. Некоторые двухпозиционные переключатели яркости лампы подают полную мощность переменного тока на нить накала лампы для «полной» яркости, а затем полуволновое выпрямление для уменьшения светоотдачи. (Рисунок ниже)

Применение однополупериодного выпрямителя: двухуровневый диммер лампы.

В положении переключателя «Dim» лампа накаливания получает примерно половину мощности, которую она обычно получает при работе от двухполупериодного переменного тока. Поскольку полуволновая выпрямленная мощность пульсирует намного быстрее, чем нить накала успевает нагреться и остыть, лампа не мигает. Вместо этого его нить накаливания просто работает при более низкой температуре, чем обычно, обеспечивая меньшую светоотдачу. Этот принцип быстрой «пульсации» мощности на медленно реагирующее нагрузочное устройство для управления поданной на него электрической мощностью является обычным в мире промышленной электроники.Поскольку управляющее устройство (в данном случае диод) является либо полностью проводящим, либо полностью непроводящим в любой момент времени, оно рассеивает мало тепловой энергии при управлении мощностью нагрузки, что делает этот метод управления мощностью очень энергоэффективным. Эта схема, возможно, является самым грубым из возможных методов подачи импульсной мощности на нагрузку, но ее достаточно для проверки правильности концепции.

Полноволновые выпрямители

Если нам нужно выпрямить переменный ток для полного использования обоих полупериодов синусоидальной волны, необходимо использовать другую конфигурацию схемы выпрямителя.Такая схема называется двухполупериодным выпрямителем . Один вид двухполупериодного выпрямителя, называемый конструкцией с центральным отводом , использует трансформатор с вторичной обмоткой с центральным отводом и двумя диодами, как показано на рисунке ниже.

Двухполупериодный выпрямитель, исполнение с центральным отводом.

Работа этой схемы легко понять по одному полупериоду за раз. Рассмотрим первый полупериод, когда полярность напряжения источника положительная (+) вверху и отрицательная (-) внизу.В это время проводит только верхний диод; нижний диод блокирует ток, а нагрузка «видит» первую половину синусоиды, положительную вверху и отрицательную внизу. Только верхняя половина вторичной обмотки трансформатора проводит ток в течение этого полупериода, как показано на рисунке ниже.

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением: верхняя половина вторичной обмотки проводит ток во время положительного полупериода входного сигнала, обеспечивая положительный полупериод на нагрузку.

В течение следующего полупериода полярность переменного тока меняется на противоположную.Теперь другой диод и другая половина вторичной обмотки трансформатора пропускают ток, в то время как части схемы, которые ранее пропускали ток в течение последнего полупериода, остаются в режиме ожидания. Нагрузка по-прежнему «видит» половину синусоидальной волны той же полярности, что и раньше: положительная вверху и отрицательная внизу. (Рисунок ниже)

Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением: во время отрицательного полупериода на входе нижняя половина вторичной обмотки проводит ток, обеспечивая положительный полупериод на нагрузку.

Одним из недостатков этой конструкции двухполупериодного выпрямителя является необходимость трансформатора с вторичной обмоткой с центральным отводом. Если рассматриваемая схема является схемой большой мощности, размер и стоимость подходящего трансформатора значительны. Следовательно, выпрямитель с центральным отводом встречается только в маломощных приложениях.

Полярность двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом на нагрузке может быть изменена путем изменения направления диодов. Кроме того, перевернутые диоды можно подключать параллельно к существующему выпрямителю с положительным выходом.Результатом является двухполюсный двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом, показанный на рисунке ниже. Обратите внимание, что подключение самих диодов такое же, как у моста.

Двухполюсный двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением

Полноволновые мостовые выпрямители

Существует еще одна, более популярная конструкция двухполупериодного выпрямителя, построенная на основе конфигурации четырехдиодного моста. По понятным причинам эта конструкция называется двухполупериодным мостом .(Рисунок ниже)

Двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Направления тока для схемы двухполупериодного мостового выпрямителя показаны на рисунке ниже для положительного полупериода и на рисунке ниже для отрицательного полупериода сигнала источника переменного тока. Обратите внимание, что независимо от полярности входа ток через нагрузку течет в одном и том же направлении. То есть отрицательный полупериод источника является положительным полупериодом при нагрузке. Ток протекает через два последовательно включенных диода для обеих полярностей.Таким образом, в диодах теряются два диодных падения напряжения источника (0,7 · 2 = 1,4 В для Si). Это недостаток по сравнению с двухполупериодной конструкцией с центральным отводом. Этот недостаток является проблемой только для источников питания с очень низким напряжением.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель: поток электронов для положительных полупериодов.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель: поток электронов для отрицательных полупериодов.

Запоминание правильного расположения диодов в схеме двухполупериодного мостового выпрямителя часто может быть неприятным для новичка в электронике.Я обнаружил, что альтернативное представление этой схемы легче запомнить и понять. Это точно такая же схема, за исключением того, что все диоды нарисованы горизонтально и все «указывают» в одном направлении. (Рисунок ниже)

Альтернативный стиль компоновки двухполупериодного мостового выпрямителя.

Одним из преимуществ запоминания этой схемы для схемы мостового выпрямителя является то, что она легко расширяется до многофазной версии, показанной на рисунке ниже.

Трехфазная двухполупериодная мостовая схема выпрямителя.

Каждая трехфазная линия подключается между парой диодов: один для направления питания на положительную (+) сторону нагрузки, а другой для подачи питания на отрицательную (-) сторону нагрузки. Многофазные системы с более чем тремя фазами легко встраиваются в схему мостового выпрямителя. Возьмем, к примеру, схему шестифазного мостового выпрямителя, показанную на рисунке ниже.

Шестифазная двухполупериодная мостовая схема выпрямителя.

Когда выпрямляется многофазный переменный ток, сдвинутые по фазе импульсы накладываются друг на друга, создавая более «плавный» выход постоянного тока (с меньшим содержанием переменного тока), чем полученный при выпрямлении однофазного переменного тока.Это явное преимущество в схемах выпрямителя большой мощности, где чисто физический размер фильтрующих компонентов был бы недопустимым, но при этом необходимо получать мощность постоянного тока с низким уровнем шума. Схема на рисунке ниже показывает двухполупериодное выпрямление трехфазного переменного тока.

Выход трехфазного переменного тока и трехфазного двухполупериодного выпрямителя.

Напряжение пульсации

В любом случае выпрямления — однофазном или многофазном — величина переменного напряжения, смешанного с выходным сигналом постоянного тока выпрямителя, называется пульсирующим напряжением .В большинстве случаев, поскольку желаемой целью является «чистый» постоянный ток, пульсации напряжения нежелательны. Если уровни мощности не слишком велики, можно использовать сети фильтрации для уменьшения пульсаций выходного напряжения.

1-импульсные, 2-импульсные и 6-пульсные устройства

Иногда метод выпрямления упоминается путем подсчета количества выходных «импульсов» постоянного тока на каждые 360 электрического «вращения». Таким образом, однофазная полуволновая выпрямительная схема будет называться одноимпульсным выпрямителем , потому что она вырабатывает одиночный импульс в течение одного полного цикла (360 o ) формы волны переменного тока.Однофазный двухполупериодный выпрямитель (независимо от конструкции, отводной или мостовой) будет называться 2-импульсным выпрямителем , потому что он выдает два импульса постоянного тока в течение одного цикла переменного тока. Трехфазный двухполупериодный выпрямитель будет называться 6-импульсным блоком .

Фазы цепи выпрямителя

Современная электротехническая конвенция дополнительно описывает функцию выпрямительной схемы, используя трехполевую нотацию: фаз , путь и количество импульсов .Однофазная однополупериодная схема выпрямителя получила несколько загадочное обозначение 1Ph2W1P (1 фаза, 1 путь, 1 импульс), что означает, что напряжение питания переменного тока является однофазным, и этот ток на каждой фазе линий питания переменного тока. движется только в одном направлении (пути), и что на каждые 360 o электрического вращения образуется один импульс постоянного тока. Однофазная двухполупериодная схема выпрямителя с центральным отводом будет обозначена в этой системе обозначений как 1Ph2W2P: 1 фаза, 1 путь или направление тока в каждой половине обмотки и 2 импульса или выходного напряжения за цикл.Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель будет обозначен как 1Ph3W2P: то же самое, что и для конструкции с центральным отводом, за исключением тока, может проходить обоими путями через линии переменного тока, а не только одним путем. Схема трехфазного мостового выпрямителя, показанная ранее, будет называться выпрямителем 3Ф3В6П.

Можно ли получить больше импульсов, чем в два раза больше числа фаз в цепи выпрямителя?

Ответ на этот вопрос: да, особенно в многофазных цепях. Благодаря творческому использованию трансформаторов, наборы двухполупериодных выпрямителей могут быть объединены таким образом, чтобы вырабатывалось более шести импульсов постоянного тока для трех фаз переменного тока.Фазовый сдвиг 30 o вводится от первичной к вторичной трехфазного трансформатора, когда конфигурации обмоток не одного типа. Другими словами, трансформатор, подключенный по схеме Y-Δ или Δ-Y, будет демонстрировать этот фазовый сдвиг 30 , в то время как трансформатор, подключенный по схеме Y-Y или Δ-Δ, не будет. Это явление можно использовать, подключив один трансформатор по схеме Y-Y к мостовому выпрямителю, а другой трансформатор по схеме Y-Δ питает второй мостовой выпрямитель, а затем параллельно выходы постоянного тока обоих выпрямителей.(Рисунок ниже) Поскольку формы пульсаций напряжения на выходах двух выпрямителей сдвинуты по фазе друг от друга на 30 o , их наложение приводит к меньшей пульсации, чем любой выход выпрямителя, рассматриваемый отдельно: 12 импульсов на 360 o вместо простого шесть:

Цепь многофазного выпрямителя: 3-фазная 2-канальная, 12-импульсная (3Ph3W12P)

Обзор

  • Выпрямление — это преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC).
  • Полупериодный выпрямитель — это схема, которая позволяет приложить к нагрузке только один полупериод формы волны переменного напряжения, что приводит к одной не меняющейся полярности на ней. Результирующий постоянный ток, подаваемый на нагрузку, значительно «пульсирует».
  • Двухполупериодный выпрямитель — это схема, которая преобразует оба полупериода формы волны переменного напряжения в непрерывную серию импульсов напряжения одинаковой полярности. Результирующий постоянный ток, подаваемый на нагрузку, не так сильно «пульсирует».
  • Полифазный переменный ток после выпрямления дает гораздо более «гладкую» форму волны постоянного тока (меньше пульсаций напряжения ), чем выпрямленный однофазный переменный ток.

(PDF) Конструкция однофазного мостового двухполупериодного выпрямителя

3

Результаты на основе уравнений (6) и (7):

(уравнение 9)

Коэффициент пульсаций — это отношение среднеквадратичных значений значение пульсаций напряжения Vrms до среднего значения выходного напряжения, как показано в уравнении

(10) (Pyakuryal & Matin, 2013a).

(уравнение 10)

2.1 Рекомендации по проектированию напряжения

Целью практического проектирования является достижение заданного выходного напряжения постоянного тока, в данном случае от 5 до 24 В. Таким образом, удобнее всего

выражать все расчетные параметры через Vdc. Например, номинал и коэффициент трансформации трансформатора в схеме выпрямителя

можно легко определить, если действующее значение входного напряжения выпрямителя соответствует требуемому выходному напряжению

В постоянного тока (Рашид, 2011).Представьте действующее значение входного напряжения выпрямителя как среднеквадратичное значение, равное 0: 707 Вм.

среднеквадратичного входного напряжения на вторичную обмотку двухполупериодного выпрямителя инициируется как:

В среднеквадратичного значения = 1,11 В постоянного тока (уравнение 11)

Другим важным параметром конструкции является номинальное значение пикового повторяющегося обратного напряжения (VRRM) используемых диодов. . В

случай мостового выпрямителя:

(Уравнение 12)

Важно оценить номинальный пиковый повторяющийся прямой ток (IFRM) используемых диодов в схемах выпрямителя.

В случае двухполупериодных выпрямителей, двухполупериодный IFRM.

(уравнение 13)

2.2 Рекомендации по проектированию емкостного выходного фильтра

Размещение большого конденсатора параллельно нагрузке может создать выходное напряжение, которое по сути является постоянным током (Hart,

2011). В двухполупериодной схеме время разряда конденсатора меньше, чем в полуволновой, из-за выпрямленной синусоидальной волны

во второй половине каждого периода (Fraser & Milne, 1994).При использовании выходного фильтра, если конденсатор

используется через нагрузку, а катушка индуктивности используется последовательно с нагрузкой, ток нагрузки будет более плавным, а эффект пульсации будет уменьшен (Pyakuryal & Matin, 2013b).

Затем, чтобы получить плавный выход выпрямителя, используется емкостной конденсатор, размещенный на выходе счетчика, а в

— параллельно нагрузке. Этот конденсатор заряжается, когда напряжение от выпрямителя увеличивается выше, чем на конденсаторе

, а затем, когда напряжение выпрямителя падает, конденсатор предлагает требуемый ток от своего накопленного заряда (Pyakuryal & Matin,

2013b).На рисунке 3 ниже показаны пульсации для двухполупериодного выпрямителя с конденсаторным сглаживанием. В случаях, когда пульсация

мала по сравнению с напряжением питания — что почти всегда имеет место — можно рассчитать пульсации, зная условия схемы

(Hart, 2011).

Рисунок 3: Пульсации (ΔVo) в однофазном мостовом двухполупериодном выпрямителе

Как упоминалось Mulkern, Henze and Lo (1991) и Raymond et. al (2003), всегда будет некоторая пульсация на выходе

выпрямителя, использующего схему сглаживающего конденсатора, необходимо иметь возможность угадать приблизительное значение.Превышение

, указание слишком большого количества конденсатора приведет к увеличению стоимости, размера и веса, а занижение этого значения приведет к снижению производительности.

На основе Hart (2011) приближение, размах пульсаций составляет:

Из чего состоит схема мостового выпрямителя?

Введение

Для нормальной работы электрической системы необходим стабильный источник питания. За исключением использования солнечных элементов или химических батарей в определенных особых случаях, постоянный ток большинства цепей преобразуется из переменного тока сети.Мостовой выпрямитель обычно используется для преобразования переменного тока в постоянный, который является наиболее часто используемой схемой, в которой для выпрямления используется однонаправленная проводимость диодов. Существует много типов мостовых выпрямителей: плоские, круглые, квадратные, скамейки (вставные и SMD, ) и др., Имеющих конструкции GPP и O / J. Максимальный выпрямленный ток составляет от 0,5 до 100 А, а максимальное обратное пиковое напряжение — от 50 до 1600 В.

Что такое мостовой выпрямитель?

Каталог


Ⅰ Схема мостового выпрямительного диода

Мостовой выпрямитель использует четыре полупроводниковых диода , соединенных попарно.Когда положительная половина синусоидальной волны входа включена, две лампы включаются, и получается положительный выход; наоборот, когда вводится отрицательная половина синусоидальной волны, две другие лампы включаются. Поскольку две лампы соединены в обратном порядке, на выходе все еще остается положительная часть синусоидальной волны. Кроме того, эффективность использования входной синусоидальной волны мостовым выпрямителем в два раза выше, чем у полуволнового выпрямителя.
Блок выпрямительного моста обычно используется в двухполупериодной схеме выпрямителя и делится на полный мост и полумост.Полный мост состоит из 4 выпрямительных диодов, соединенных в виде двухполупериодной мостовой схемы выпрямителя и собранных как единое целое. Полумост предназначен для соединения половин двух диодных мостовых выпрямителей. Два полумоста могут образовывать схему мостового выпрямителя, а полумост может также образовывать двухполупериодную схему выпрямителя с центральным отводом трансформатора. При выборе выпрямительного моста необходимо тщательно учитывать схему выпрямителя и рабочее напряжение.
Прямой ток полного моста имеет различные характеристики, такие как 0.5A, 1A, 1.5A, 2A, 2.5A, 3A, 5A, 10A, 20A, 35A, 50A и т. Д. Выдерживаемое напряжение (максимальное обратное напряжение) составляет 25 В, 50 В, 100 В, 200 В, 300 В, 400 В, 500 В, 600 В, 800 В, 1000 В и т. Д.
В этой главе выпрямительный диод рассматривается как идеальный компонент , то есть его сопротивление прямой проводимости считается равным нулю, а его обратное сопротивление бесконечно из-за удобство анализа схемы выпрямителя . Однако в практических приложениях следует учитывать, что диод имеет внутреннее сопротивление, и выходная амплитуда сигнала, полученного после выпрямления, будет уменьшена на 0.6 ~ 1 В. Когда входное напряжение выпрямительной схемы велико, этой частью падения напряжения можно пренебречь. Напротив, если входное напряжение небольшое, например, если входное напряжение 3 В, то выходное напряжение составляет всего 2 В, и необходимо учитывать влияние прямого падения напряжения на диоде.

Направление тока цепи мостового выпрямителя

Рисунок 1.

В положительном полупериоде u2, D1 и D3 включены, D2 и D4 выключены, и ток возвращается с верхнего конца вторичного TR на нижний конец через D1 → RL → D3 и на нагрузке RL получается полуволновое выпрямленное напряжение.
В отрицательном полупериоде u2, D1 и D3 выключены, D2 и D4 включены, и ток возвращается от нижнего конца вторичного Tr к верхнему концу вторичного Tr через D2 → RL → D4 , и другая полуволна выпрямленного напряжения получается на нагрузке RL.

Ⅱ Характеристики схемы мостового выпрямителя

(1) Используемое устройство выпрямления в два раза больше, чем у двухполупериодного выпрямителя.
(2) Направление изменения импульса выпрямленного напряжения такое же, как и при двухполупериодном выпрямлении.
(3) Обратное напряжение, которое несет каждое устройство, является пиковым значением напряжения источника питания.
(4) Коэффициент использования трансформатора выше, чем у двухполупериодной схемы выпрямителя.

Ⅲ Однофазное выпрямление и трехфазное выпрямление

3.1 Схема однофазного мостового выпрямителя

Рисунок 2.

Однофазная мостовая схема выпрямителя состоит из четырех диодов, соединенных в виде моста.Его недостаток в том, что он использует только половину цикла источника питания, и при этом напряжение выпрямления имеет большие пульсации.
На рисунке 2 (а) выше показано направление тока в схеме однофазного мостового выпрямителя. Сплошная стрелка указывает на ситуацию, когда источник питания переменного тока находится в положительном полупериоде, а пунктирная стрелка указывает на ситуацию, когда источник питания переменного тока находится в отрицательном полупериоде.
Видно, что четыре диода разделены на две части: положительный полупериод и отрицательный полупериод.Однако текущее направление нагрузки не меняется. Это двухполупериодное выпрямление. Кроме того, схема однофазного мостового выпрямителя на практике может быть реализована с помощью интегрального устройства « мостовой стек ».
На рисунке 3. показана диаграмма формы сигнала однофазной мостовой выпрямительной схемы. Согласно диаграмме, среднее напряжение составляет: Uo ≈ 0,9U2 (где U2 — действующее значение выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора).

Рисунок 3.Форма волны (однофазная)

3,2 Схема трехфазного мостового выпрямителя

Рисунок 4.

Трехфазная мостовая схема выпрямителя разработана на основе схемы неуправляемого однополупериодного выпрямителя, которая, по сути, представляет собой последовательное соединение набора общего катода и набора общего анода с тремя полупроводниковыми диодами.
Кроме того, трехфазная мостовая схема должна иметь два тиристора, включенных одновременно, один в общей катодной области, а другой в общей анодной области, чтобы сформировать петлю.

Закон анализа цепи
Включается диод с максимальным анодным потенциалом в общей катодной группе.
Включается диод с наименьшим катодным потенциалом в общей анодной группе.

Примеры анализа цепи
Рисунок 5. t1 ~ t2

В группе с обычным катодом потенциал в точке U самый высокий, а V1 включен.
В группе с общим анодом потенциал в точке V самый низкий, а V4 включен.
Напряжение на нагрузке равно линейному напряжению Uuv.

Рисунок 6. t2 ~ t3

В группе с обычным катодом потенциал в точке U самый высокий, а V1 включен.
В группе с общим анодом потенциал в точке W самый низкий, и V6 включен.
Напряжение на нагрузке равно линейному напряжению Uuw.

Рисунок 7. t3 ~ t4

В общей катодной группе потенциал в точке V самый высокий, а V3 включен.
В общей анодной группе потенциал в точке W самый низкий, а V6 включен.
Напряжение на нагрузке соответствует линейному напряжению Uvw .

Summery
В полнополупериодном цикле его можно разделить на 6 интервалов, каждый из которых питается от пары фазных проводов к нагрузке.
В полноволновом цикле каждый диод включен на одну треть времени (угол проводимости составляет 120 °).
В течение 6 периодов цикла напряжение нагрузки можно рассматривать как периодическое изменение.

Ⅳ Роль мостового выпрямителя

1. Преобразуйте переменный ток, генерируемый генератором переменного тока, в постоянный ток для питания электрического оборудования и зарядки аккумулятора.
2. Ограничьте ток батареи, чтобы течь обратно к генератору, чтобы защитить генератор от сгорания обратным током.

Рисунок 8. Блок-схема мостового выпрямителя переменного тока в постоянный

Ⅴ Схема подключения мостового выпрямителя

В схеме мостового выпрямителя устранены недостатки, связанные с тем, что для двухполупериодной схемы выпрямителя требуется, чтобы вторичная обмотка трансформатора имела центральный отвод, а диод выдерживал большое реверсирование. напряжение, но используются два диода.При быстром развитии полупроводниковых устройств и низкой стоимости сегодня этот недостаток не очевиден, поэтому на практике широко используются мостовые выпрямительные схемы.
Следует отметить, что диод в качестве компонента выпрямителя следует выбирать в соответствии с различными методами выпрямления и значениями нагрузки. При неправильном выборе вы не сможете безопасно работать или даже сжечь трубу, что приведет к отходам.

Рисунок 9. Принципиальная схема мостового выпрямителя

Схема мостового выпрямителя также может рассматриваться как разновидность схемы двухполупериодного выпрямителя.Трансформатор подключается к четырем диодам в соответствии со способом, показанным на рисунке 9. D1 ~ D4 — это четыре идентичных выпрямительных диода, соединенных в виде моста, поэтому они называются мостовыми выпрямительными схемами. Используя направляющую функцию диода, вторичный выход может быть направлен на нагрузку даже в отрицательном полупериоде. Из рисунка видно, что D1 и D2 проводят ток через RL сверху вниз в течение положительного полупериода, а D3 и D4 проводят ток через RL сверху вниз в течение отрицательного полупериода.В этой структуре, если на выходе получается такое же постоянное напряжение, вторичной обмотке трансформатора требуется только половина обмотки по сравнению с двухполупериодным выпрямлением. Однако, если необходимо выводить такое же количество тока, диаметр обмотки следует соответственно увеличить.
Потому что выходное напряжение схемы выпрямителя содержит более крупные пульсирующие компоненты. С другой стороны, чтобы максимально уменьшить составляющую пульсации, необходимо максимально поддерживать составляющую постоянного тока, чтобы выходное напряжение было близким к идеальному постоянному току.Это фильтрующая мера. Фильтрация обычно достигается за счет использования эффекта накопления энергии конденсаторов или катушек индуктивности.

Рисунок 10. Схема мостового выпрямителя с конденсатором

В этой экспериментальной схеме используется конденсаторная фильтрация, то есть конденсатор фильтра C подключен параллельно сопротивлению нагрузки RL. Схема показана на рисунке 11, а форма отфильтрованного сигнала показана на рисунке ниже.


Рис. 11. Форма волны двухполупериодного фильтра выпрямления

Постоянная составляющая двухполупериодного выпрямленного выходного напряжения (по сравнению с полуволновым) увеличивается, а пульсации уменьшаются, но трансформатору требуется центральный отвод, который сложно производить, а выпрямительный диод должен выдерживать высокое обратное напряжение, поэтому обычно подходит для низкого выходного напряжения.

Рис. 12. Форма волны полуволнового выпрямительного фильтра

Полупериодное выпрямление — это наиболее часто используемая схема, в которой для выпрямления используется однонаправленная проводимость диода.

Ⅵ Разница между мостовым выпрямителем и двухполупериодной схемой выпрямителя

1) Не нужен центральный отвод на вторичной стороне трансформатора мостовой выпрямительной цепи, используйте еще 2 выпрямительных диода.
2) В двухполупериодной схеме выпрямителя используется менее 2 выпрямительных диодов, но вторичная обмотка трансформатора должна иметь центральное ответвление.
3) Обратное выдерживаемое напряжение выпрямительного диода, используемого в двухполупериодной схеме выпрямителя, вдвое больше, чем у мостового выпрямителя.
4) Выпрямление и двухполупериодное выпрямление имеют разные требования к количеству вторичных трансформаторов. Для первого требуется только 1 набор катушек, а для второго — 2 набора.
5) Выпрямление и двухполупериодное выпрямление имеют разные требования к вторичному току трансформатора, первое в два раза больше, чем второе.

Часто задаваемые вопросы о схеме мостового выпрямителя

1.Что делает мостовой выпрямитель?
Мостовой выпрямитель обеспечивает двухполупериодное выпрямление от двухпроводного входа переменного тока, что приводит к снижению стоимости и веса по сравнению с выпрямителем с трехпроводным входом от трансформатора с вторичной обмоткой с центральным отводом. … Диоды также используются в мостовых топологиях вместе с конденсаторами в качестве умножителей напряжения.

2. Как мостовой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный?
Мостовые выпрямители преобразуют переменный ток в постоянный, используя систему диодов, изготовленных из полупроводникового материала, либо полуволновым методом, который выпрямляет одно направление переменного сигнала, либо полноволновым методом, который выпрямляет оба направления входного переменного тока.

3. Что происходит при выходе из строя мостового выпрямителя?
Без сглаживания конденсатора, когда 1 диод в мостовом выпрямителе выходит из строя, как напряжение, так и ток снижаются. При конденсаторном сглаживании, когда в мостовом выпрямителе выходит из строя 1 диод, напряжение остается довольно постоянным, но увеличивается ток.

4. Почему мы используем 4 диода в мостовом выпрямителе?
Мостовой выпрямитель, состоящий из четырех диодов, обеспечивает двухполупериодное выпрямление без использования трансформатора с центральным ответвлением.Мостовой выпрямитель — это электронный компонент, который широко используется для обеспечения двухполупериодного выпрямления и, возможно, является наиболее широко используемой схемой для этого приложения.

5. Почему мостовой выпрямитель предпочтительнее двухполупериодного выпрямителя?
Мостовой выпрямитель приводится в действие одной обмоткой, которая пропускает ток в обоих циклах нагрузки. … Полная волна лучше, чем мост, еще в одном аспекте, то есть выходное напряжение постоянного тока немного выше, чем у моста. Это потому, что он имеет только 1 диодный переход с переменного на постоянный ток.

Альтернативные модели

Часть Сравнить Производителей Категория Описание
Производитель.Номер детали: LCMXO2280C-3TN100I Сравнить: LCMXO2280C-3FTN256I VS LCMXO2280C-3TN100I Производители: Lattice Semiconductor Категория: CPLD Описание: Макроячейки семейства CPLD MachXO 1140 1.8 В / 2,5 В / 3,3 В 100-контактный лоток TQFP
Производитель Номер детали: LCMXO2280C-4FTN256C Сравнить: Текущая часть Производители: Lattice Semiconductor Категория: CPLD Описание: Макроячейки семейства CPLD MachXO 1140 1.8 В / 2,5 В / 3,3 В 256-контактный лоток FTBGA
Производитель Номер детали: LCMXO2280C-4FT256C Сравнить: LCMXO2280C-4FTN256C VS LCMXO2280C-4FT256C Производители: Lattice Semiconductor Категория: CPLD Описание: Макроячейки семейства CPLD MachXO 1140 1.8 В / 2,5 В / 3,3 В 256-контактный лоток FTBGA
Производитель № детали: LCMXO2280C-4FTN256I Сравнить: LCMXO2280C-4FTN256C VS LCMXO2280C-4FTN256I Производители: Lattice Semiconductor Категория: CPLD Описание: Макроячейки семейства CPLD MachXO 1140 1.8 В / 2,5 В / 3,3 В 256-контактный лоток FTBGA

Однофазный полномостовой тиристорный выпрямитель питается от источника переменного тока 200 В / м, 50 Гц…

  • б. Рассмотрим однофазный полностью управляемый источник питания тиристорного мостового выпрямителя, нагрузка состоит из R-L …

    б. Рассмотрим однофазный полностью управляемый тиристорный мостовой выпрямитель, который питает нагрузку, состоящую из нагрузки R-L и нагрузки Vee, соединенных последовательно, как показано на рисунке Q2 (b). Параметры этой схемы следующие: напряжение питания 120 В среднеквадратического значения при 60 Гц, напряжение постоянного тока Voe равно 10 В. i. Нарисуйте кривые для выходного напряжения, тока тиристора, тока диода и выходного тока (CO2: PO2 — 5 баллов). Вычислите выходное напряжение Va при a = Tt / 2.(CO2: PO2 …

  • можешь посчитать и объяснить почему? Благодарность Однофазный тиристорный выпрямитель в качестве источника 50 Гц. …

    можешь посчитать и объяснить почему? Благодарность Однофазный тиристорный выпрямитель в качестве источника 50 Гц. Выпрямитель подает постоянное напряжение 150 В на высокоиндуктивный, изображенный на Рисунке 1, питается от нагрузки 220 В (среднеквадратичное значение) с сопротивлением 10 Ом. SCR, T SCR2 + is Vo SCR3 SCR T Рисунок 1 (a ) для составляющей угла задержки, указывающей ее фазовый сдвиг относительно входного напряжения v, нарисуйте сетевой выпрямитель…

  • я хочу получить ответ с подробностями Упражнение с однофазным управляемым выпрямителем Выведите выражения среднего …

    я хочу получить ответ с подробностями Упражнение с однофазным управляемым выпрямителем. Выведите выражения для среднего напряжения и тока нагрузки в однофазных полуволновых выпрямителях и резистивной нагрузке. Нарисуйте кривые напряжения питания. выходное напряжение, выходной ток, напряжение тиристора и ток тиристора Упражнение В однофазном полуволновом управляемом выпрямителе и резистивном кадре желательно получить среднее напряжение нагрузки 80 В.Определите угол открытия, если напряжение питания переменного тока составляет 230 В. Если нагрузка …

  • Если реактивное сопротивление нагрузки теперь изменяется на очень большую последовательную индуктивность, рассчитайте угол зажигания, необходимый для достижения выходного тока нагрузки постоянного тока 20 А. при rload = 10 Ом и реактивном сопротивлении 1,76 Ом подключите …

    Если реактивное сопротивление нагрузки теперь изменяется на очень большую серию индуктивность, рассчитайте угол открытия, необходимый для достижения постоянного тока нагрузки на выходе 20А. с rload = 10 Ом и 1.Реактивное сопротивление 76 Ом, подключенное к нему Вопрос 2 (20 баллов): 3-фазный мост SCR питает нагрузку, состоящую из последовательно соединенных резистора 10 Ом и реактивного сопротивления 1,7662, от 3-фазного источника переменного тока 415 В, 50 Гц. a) Для угла зажигания a (т. е. при работе диода) рассчитайте средний выход постоянного тока (6 …

  • Вопросы с 1 по 3 относятся к трехфазному выпрямителю с тиристором, питаемому от источника переменного тока 415 В среднеквадратического значения, 50 Гц. Для резистивной нагрузки 100 Ом определите пиковый, минимальный и средний ток нагрузки для угла включения тиристора…

    Вопросы с 1 по 3 относятся к трехфазному выпрямителю с тиристором, питаемому от источника переменного тока 415 В среднеквадратического значения, 50 Гц. Для резистивной нагрузки 100 Ом определите пиковый, минимальный и средний ток нагрузки для углов включения SCR: (a) a-0 ° (5,87 A, 5,08 A, 5,6 A) (b) α = 45 ° (5,67 A, 1,52 A, 3,96 A) (c) α-70 ° (4,5 A, 0 A, 2,0 A) Как изменятся ваши ответы, если последовательно добавить очень большую индуктивность (нулевое сопротивление) …

  • Однофазный тиристорный мостовой выпрямитель Это режим выпрямления и режим инверсии (укажите…

    Однофазный тиристорный мостовой выпрямитель Что такое режим выпрямления и режим инверсии (укажите диапазон угла стрельбы)? 8. Рассмотрим однофазный сдвоенный преобразователь. каковы средние выходные напряжения Vael и Ka? Найдите функции α / in) i a. 9. Нарисуйте напряжение и ток однофазного двойного преобразователя. (дано 45) 10. Почему циркуляционный ток необходим при работе сдвоенного преобразователя?

  • 3. Управляемый однофазный полнополупериодный выпрямитель подключен к моторному приводу, показанному на рисунке…

    3. Управляемый однофазный полнополупериодный управляемый выпрямитель подключен к моторному приводу, показанному на рисунке 4. Индуктивность якоря мотора можно считать достаточно большой, так что любая текущая пульсация мотора будет незначительной. (a) Предполагая пренебрежимо малое реактивное сопротивление источника питания, покажите, что среднее выходное напряжение выпрямителя V, выраженное в мс-напряжении питания E и угле зажигания a, равно 2 / 2E (6 баллов) cos a _ (b) При условии, что напряжение питания 230 В, 50 Гц и …

  • T2_P1Q3 Двухполупериодный выпрямитель питается от источника 100 В мс.Для груза, состоящего из …

    T2_P1Q3 Двухполупериодный выпрямитель питается от источника 100 В мс. Для нагрузки, состоящей из батареи 60 В, питаемой через резистор 2 Ом, как показано на рис. 2. i (t 2 VD (t VR (t Vs (t) Vbat VL (t) рис. 2 (a) Рисунок). напряжение vs (t) выпрямленное напряжение vl (t) напряжение на резисторе vR (t) ток цепи i (t) напряжение на диоде vn (t). Определите пиковое обратное напряжение на диоде (b) T2_P1Q3 Двухполупериодный выпрямитель …

  • 2.На рисунке 2 показан 6-пульсный тиристорный выпрямитель, питающий статическую нагрузку постоянного тока и работающий в установившемся режиме. Источник питания переменного тока представляет собой симметричный набор трехфазных напряжений, образующих прямую последовательность …

    2. На рис. 2 показан 6-пульсный тиристорный выпрямитель, питающий статическую нагрузку постоянного тока и работающий в установившемся режиме. Источник питания переменного тока представляет собой симметричный набор трехфазных напряжений, образующих прямую последовательность, со среднеквадратичным линейным напряжением Vuns, равным 415 В, и угловой частотой ω, равной 100π рад / с.Нагрузка достаточно индуктивна, чтобы сглаживать ток нагрузки i (t), то есть i 1, где I — постоянная величина. а. Выведите математическое выражение среднего постоянного тока …

  • Q4: Однофазный выпрямитель с тиристорным управлением, как показано ниже. Учитывая, что входное напряжение Vs равно …

    Q4: Однофазный выпрямитель с тиристорным управлением, как показано ниже. Учитывая, что входное напряжение Vs составляет 60 Гц и амплитуда 150 В, а) рассчитайте фазовый угол, необходимый для получения выходного напряжения 20 В.б) Нарисуйте кривые выходного напряжения с четкой индикацией угла зажигания. c) какое номинальное напряжение необходимо для T1? ind * Eetro I

  • Описание однофазного полномостового инвертора

    В этой статье описывается однофазный полномостовой инвертор с помощью принципиальной схемы и различных соответствующих форм сигналов. Также было подробно описано сравнение между полумостовыми и полумостовыми инверторами.

    Однофазный полномостовой инвертор

    — это, по сути, инвертор источника напряжения.В отличие от однофазного полумостового инвертора, этот инвертор не требует трехпроводного источника питания постоянного тока. Скорее всего, требуется двухпроводный источник питания постоянного тока. Выходной частотой можно управлять, контролируя время включения и выключения тиристоров.

    Принципиальная схема однофазного полномостового инвертора:

    Силовая цепь однофазного полномостового инвертора состоит из четырех тиристоров T1 – T4, четырех диодов D1 – D1 и двухпроводного источника питания постоянного тока V s .Каждый диод включен антипараллельно тиристорам, т.е. D1 подключен антипараллельно к T1 и так далее. Схема силовой цепи однофазного полномостового инвертора показана на рисунке ниже.

    Можно отметить, что схема включения и выключения тиристора не показана на приведенной выше принципиальной схеме для упрощения. Кроме того, предполагается, что каждый тиристор проводит только в течение периода, в течение которого присутствует его стробирующий сигнал, и как только стробирующий сигнал удаляется, тиристоры выключаются.

    Сигнал стробирования и форма волны выходного напряжения однофазного полномостового инвертора показаны ниже.

    Принцип работы однофазного полномостового инвертора:

    Принцип работы однофазного полномостового инвертора основан на последовательном срабатывании тиристоров, расположенных напротив по диагонали. Это означает, что в течение половины периода времени тиристоры T3 и T4 будут срабатывать, а в оставшуюся половину периода времени будут срабатывать T1 и T2.Только два тиристора включаются за половину периода времени.

    Внимательно наблюдайте за формой стробирующего сигнала. Вы заметите, что тиристоры T1 и T2 срабатывают одновременно на время T / 2. Следовательно, нагрузка подключена к источнику через T1 и T2, и, следовательно, напряжение нагрузки равно напряжению источника с положительной полярностью. Это причина; напряжение нагрузки показано положительным и равным V s в форме волны выходного напряжения.

    Как только стробирующий сигнал (i g1 & i g2 ) удален, T1 и T2 gest выключаются.Однако в тот же момент применяется стробирующий сигнал (i g3 и i g4 ), и, следовательно, T3 и T4 включаются. Когда T3 и T4 проводят, нагрузка подключается к источнику. Величина напряжения нагрузки снова составляет V s , но с обратной полярностью. По этой причине выходное напряжение отображается отрицательным на осциллограмме напряжения.

    Итак,

    В течение времени 0 В o = В с .

    Пока (T / 2) В o = -В с .

    Думаю, вы поняли принцип работы однофазного полумостового инвертора. Но я уверен, что вы могли подумать о назначении диодов с D1 по D4. Я объясню.

    Назначение диодов D1 — D4:

    Если нагрузка чисто резистивная, нет необходимости вставлять диод D1 в D4, так как выходное напряжение и ток всегда совпадают по фазе.Но, к сожалению, для нагрузок, отличных от чисто резистивных, ток нагрузки (i o ) не будет совпадать по фазе с напряжением нагрузки (v o ). В этом случае диод, включенный встречно параллельно тиристору, позволит протекать току, когда основной тиристор выключен. Когда эти диоды проводят, энергия возвращается к источнику постоянного тока, и, следовательно, эти диоды (от D1 до D4) называются обратным диодом.

    Сравнение полумостовых и полумостовых инверторов:

    Основное различие между однофазным полумостовым инвертором и полным мостом состоит в том, что первый требует трехпроводного источника постоянного тока, а второй — двухпроводного источника постоянного тока.Еще одно различие между двумя типами инверторов представлено в таблице ниже:

    Полумостовой инвертор Полномостовой инвертор
    Состоит из двух тиристоров и двух обратных диодов. Состоит из четырех тиристоров и четырех обратных диодов.
    Величина нагрузки / выходного напряжения составляет половину величины входного источника постоянного тока. Величина напряжения нагрузки равна величине входного источника постоянного тока.Это означает, что величина выходного напряжения в два раза больше напряжения нагрузки для полумостового инвертора.
    Основным недостатком этого инвертора является необходимость трехпроводного источника питания постоянного тока. Этот недостаток полумостового инвертора преодолевается полумостовым инвертором, поскольку он требует двухпроводного источника постоянного тока.
    Выходная мощность полумостового инвертора в четыре раза больше, чем у полумостового инвертора.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    2021 © Все права защищены.