Мостовая схема нерегулируемого однофазного выпрямителя. Основные соотношения для выбора элементов схемы. Коэффициент пульсации. Внешняя характеристика

1-полупериодный выпрямитель

Процессы:

В промежутке t0-t1 потенциал анода выше потенциала катода. Через VD на нагрузку идет ток. В промежутке t1-t2 к вентилю приложено обратное напряжение: следовательно нет тока и напряжения на нагрузке.

Количественные соотношения:

(из условия равенства площадей)

-выпрямленное напряжение на нагрузке.

-действительное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Iв-ток вентиля

2-хполупериоднаямостоваясхема:

(Вентили работают только половину периода-каждая пара вентилей)

Коэффициент пульсации:

Одной из характеристик качества преобразования является коэффициент пульсации.

Коэффициент пульсации - это отношение амплитуды основной гармонической составляющей выпрямленного напряжения к среднему значению.

Для однополупериодных выпрямителей:

 

Для двухполупериодных выпрямителей:

6. Мостовая схема нерегулируемого трехфазного выпрямителя. Основные соотношения для выбора элементов схемы. Коэффициент пульсации. Внешняя характеристика.

Схема Ларионова:

Основные соотношения:

Схема позволяет выбрать вентили на значительно меньшее обратное напряжение и прямой ток и значительное выходное напряжение на нагрузке (1,35 Uн).

Коэффициент пульсации:

Одной из характеристик качества преобразования является коэффициент пульсации.

Коэффициент пульсации - это отношение амплитуды основной гармонической составляющей выпрямленного напряжения к среднему значению.

Для 3-х фазной мостовой схемы:

 

Функциональная схема регулируемого однофазного выпрямителя (мостовая схема). Принцип управления работой тиристоров. Угол включения тиристора. Регулировочная и внешняя характеристики выпрямителя.

В схеме попарно работают VS1 и VS4, VS2 и VS3.

 

 

ФСУ – фазосдвигающее устройство, ФИ – формирователь управляющих импульсов.Т.о., регулируя с помощью угол включения α имеем возможность регулировать площадь под кривой uн(t), т.е. среднее значение выпрямленного напряжения uнср.

Регулировочная характеристика. Внешние характеристики.

 

 

8. Емкостной и индуктивный фильтры выпрямленного напряжения. В каких случаях целесообразно применение того или иного фильтра?

Емкостной фильтр образуется конденсатором, подключенным к выходным клеммам схемы выпрямления, т.е. параллельно нагрузке ( рис.5 ). Напряжение на нагрузке в этом случае является напряжением на конденсаторе. Оно будет определяться процессами заряда и разряда конденсатора, поэтому носит сглаженный плавный характер.

Рис.5

Процессы изменення напряжения на конденсаторе и токов в цепях указаны на рис.5. При анализе трансформатор со схемой выпрямления можно считать за источник напряжения.

Рассмотрим установившиеся процессы периодических измененийнапряжения на конденсаторе. При повышении напряжения U2T(t) наступит момент времени, когда оно станет равным напряжению на конденсаторе Uc(t). Дальнейшее повышение напряжения определит процесс заряда конденсатора, т.е. повышения напряжения на нем.

Для конденсатора с емкостью С этот процесс характеризуется постоянной времени Tп=CR, где R

- сопротивление цепи заряда. Оно мало и при анализе может быть принято равным нулю, т.e. Tп=0. Поэтому с момента t1 напряжение Uc(t) будет равно изменяющемуся напряжению U2T(t). Начинается интервал времени заряда конденсатора и протекания тока через пару диодов V1 и V4. Снижение напряжения на конденсаторе, разряжающегося на резистор RH, описывается уравнением Uc(t)=U2Texp(t/Tп), где Тп – постоянная времени процесса.

В начале снижения напряжения U2T(t) скорость его уменьшения будет мала и напряжение Uc(t) по-прежнему будет равно ему. С момента времени t2 процессы изменения этих напряжений станут различными.

Конденсатор разряжается на сопротивление Rн до момента t1 следующего периода изменения напряжения U2T(t). Далее процесс заряда конденсатора аналогичен, но ток заряда протекает через диоды VЗ и V2. Периодическое повторение процессов заряда и разряда конденсатора определяет характер изменения напряжения на нагрузке Rн.

Выбор диодов в схему выпрямителя по номинальному току и обратному напряжению часто требует поправочных коэффициентов к соответствующим формулам. Ток через диоды при наличии емкостного фильтра протекает короткими импульсами. При выборе диодов только по

постоянной составляющей в р-п-переходе во время импульса могут возникать опасные локальные перегревы. В ряде схем выпрямления применение емкостного фильтра приводит к увеличению обратного напряжения на диодах. В справочной литературе приводятся значения необходимых поправочных коэффициентов.

Емкостной фильтр широко используется в источниках питания электронных устройств.

Индуктивным фильтром является катушка с ферромагнитным сердечником, называемая дросселем.

Дроссель включается последовательно в цепь тока нагрузки (рис.6). Индуктивность дросселя приводит к уменьшению пульсаций за счет действия ЭДС самоиндукции.

Рассмотрение процессов в цепи нагрузки выпрямителя с индуктивным фильтром выполним, применив широко используемый в электронике метод анализа по отдельным гармоническим составляющим токов и напряжений.

Рис.6

Напряжение на входе схемы несинусоидальное. Представление этой функции в виде ряда Фурье является уравнением, соответствующим уравнению в общем виде:

Постоянная составляющая этого напряжения U2ср=2Um/π вызовет соответствующую составляющую тока нагрузки:

Амплитуда каждой из составляющих тока нагрузки будет

,

Где n=2,4,6… - номер гармонической составляющей соответственно 100, 200, 300 Гц и т.д.

и т.д.

Суммируя все составляющие, получим аналитическое выражение Uн(t). Принципиально ток нагрузки будет иметь одинаковый с напряжением U2(t) гармонический состав. Но возрастание индуктивного сопротивления дросcеля с увеличением номера гармоники приведет к начительному снижению амплитуд высших гармоник. Практически при некотором значении тока Iнср ими можно пренебречь. Сглаживающее действие фильтра зависит от величины.

В режиме холостого хода ток в цепи дросселя не протекает, UH (t)=Ut(t)~ 0 фильтр не действует. Подключение нагрузки Rн и дальнейшее уменьшение ее сопротивления приводит к относительному возрастанию индуктивного сопротивления в полном сопротивлении - цепи нагрузки. Обеспечивается повышение эффективности работы фильтра.

За основу расчета индуктивности дросселя часто принимается несоизмеримость сопротивлений для первой гармонической составляющей в режиме номинального тока нагрузки.

Отдельно дроссель как фильтр применяется редко. В условиях питания постоянным током различных устройств электрооборудования индуктивным фильтром является индуктивность нагрузки. На пример, индуктивность обмотки возбуждения электродвигателя, обмотки тягового электромагнита.