Трехфазный однократный выпрямитель. Работа. Временные диаграммы

Однополупериодная, однофазная схема выпрямления переменного тока. Работа. Временные диаграммы. Расчет.

Выпремители. Блок-схема. Назначение элементов. Классификация.

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Основ­ным элементом выпрямителей является полупроводниковый ди­од

Диод имеет два электрода - анод и катод. Если электрический потенциал на аноде выше, чем на катоде (V_A > V_к),то сопротивление диода практически равно ну­лю и он пропускает электрический ток, если V_A < V_к, сопротивление диода становится большим и поэтому ток через него протекать не может. Проводящее состояние диода часто называют прямым включением, а непроводящее - обрат­ным.

В блочном виде схема выпрямления имеет вид:

Трансформатор требуется, если имеется несоответствие между напряжениями сети и приемника. Фильтр предназначен для сглаживания пульсирующего напряжения. Стабилизатор обеспечивает неизменное по величине напряжение. В зави­симости от требований к напряжению, питающему приемник, некоторые блоки могут отсутствовать.

Классификация:

1. По числу фа выпрямленного напряжения:

А) однофазные

Б) трехфазные

В) многофазные

2. По мощности:

А) малые

Б) средние

В) большие

3. По типу диодов:

А) диодные

Б) тиристорные

4. По кол-ву периодов:

А) однопериодные

Б) двухполупериодные

5. По числу тактов протекающего тока:

А) однотактные

Б) двухтактные

Рассмотрим процессы и основные соотношения в однофазном однополупериодном выпрямителе при условии, что вентиль и трансформатор идеальные. В полупериод (t₀-t₁), когда U₂>0, диод VD проводит ток (диод открытый). Посколько диод идеальный, снижение напряжения на нем и все напряжение U₂ приложено к сопротивлению нагрузки R_н (U₂=U_H и i=U₂/ R_н). В конце этого полупериода U₂=0 и i=0. Затем (t₁-t₂) напряжение U₂ изменяет знак U₂<0, к диоду прикладывается отрицательное напряжение, и он закрывается (i=0 U_Н=0). В этом полупериоде диод будет находиться под обратным (зваротным) напряжением. Главные электрические параметры выпрямителей: I_н.сяр, U_н.сяр – средние значения тока и напряжения; P_н.сяр = U_н.сяр* I_н.сяр – мощность нагрузочного приспособления; U_аст.m – амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения; K_п= U_аст.m /U_н.сяр – коэффициент пульсации выпрямленного напряжения; I₁,U_1,I₂,U₂ – действующее значение тока и напряжения первичной и вторичной обмоток трансформатора. В однополпериодном выпрямителе:

U_н.сяр=1/(2 π) U₂= π U_н.сяр/ = 2,22 U_н.сяр

Ток I_н.сяр равен прямому току диода: I_пр.сяр= I_н.сяр= U_н.сяр/ R_н= 0,45U₂/ R_н. Ток вторичной обмотки трансформатора i₂ равен току нагрузки. Тогда действующее значение этого тока I₂: I₂=π U_н.сяр/(2 R_н)=1,57 I_н.сяр. Мощность трансформатора S_TP=S₂= I₂*U₂=2,22* U_н.сяр*1,57* I_н.сяр=3,5* P_н.сяр. Коэффициент пульсации K_п определяется отнощением амплитуды первичной(главной) гармоники U_max/2 к выпрямленному напряжению U_max/ π ряда Фуръе. K_п= π U_max/ (2U_max)= π/2=1,57.

Преимуществоом этого выпрямителя является его простота, а недостатком – большой коэффициент пульсации и маленькие значения выпрямленного тока и напряжения.

6 ВЫПРЯМЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Под выпрямителем переменного напряжения понимают процесс преобразования переменного напряжения в постоянное пли пульси­рующее. Выпрямление производят с помощью полупроводниковых, ламповых или других типов выпрямителей.

Неуправляемый выпрямитель часто изображают на схемах в виде большой треугольной стрелки с поперечной чертой у острия. Стрелка

показывает проводящее направление. Сопротивление выпрямителя в проводящем направлении в тысячи раз меньше, чем в непроводящем. По числу фаз выпрямленного переменного напряжения выпрями­тельные схемы делятся на однофазные и многофазные. Однофазные схемы подразделяют на схемы однополупериодного и двухполупериодного выпрям­ления.

В однополупериодных схемах выпрям­ление производится в течение одного по­лупериода питающего напряжения, в двухполупериодных — в течение обоих полупериодов.

Две простейшие схемы однополупериодного выпрямления представлены на рис. в) 9.36, а и 9.37, а. Схема рис. 9.36, а состоит из источника синусоидального напряжения, выпрямителя и активного сопротив­ления R„. В схеме рис. 9.37, а нагрузка образована активным со­противлением R_u и индуктивностью L„.

Простейшая мостовая схема однофазного двухполупериодного вы­прямителя представлена на рис. 9.38, а. Она состоит из четырех выпря­мителей (1, 2, 3 и 4), источника выпрямляемого синусоидального напряжения и активной нагрузки R„.

Нa рис. 9.39, а изображена в. а. х. полупроводникового диода.

В целях облегчения анализа вместо нее будем пользоваться идеа­лизированной в. а. х., изображен­ной на рис. 9.39, б.

В соответствии с этой идеали­зированной характеристикой, ког­да через выпрямитель проходит ток, падение напряжения на нем равно нулю и, следовательно, соп­ротивление самого выпрямителя равно нулю. Когда напряжение на выпрямителе отрицательно (т. е. отрицательна взятая в направлении стрелки рис. 9.36, а разность потенциалов на самом выпрямителе), выпрямитель не проводит тока (i = 0) и сопротивление его рав­но бесконечности.

Рассмотрим работу схемы рис. 9.36, а. Кривая рис. 9.36, б харак­теризует э. д. с. источника питания схемы, кривая рис. 9.36, в — на­пряжение на нагрузке R_H. В первый полупериод, когда э. д. с. ис­точника положительна и действует согласно с положительным напра­влением напряжения на выпрямителе, выпрямитель пропускает ток и напряжение на нагрузке точно равно э. д. с. источника. Во второйполупериод, когда э. д. с. источника питания отрицательна, выпрями­тель не пропускает тока и напряжение на нагрузке равно нулю (в этот полупериод вся э. д. с. оказывается приложенной к выпрямителю). Таким образом, напряжение на нагрузке в схеме рис. 9.36, а имеет форму полусинусоид. Через U₀ обозначено среднее значение напряже­ния па нагрузке.

Рассмотрим работу мостовой схемы рис. 9.38, а, где источник си­нусоидальной э. д. с. е (t), выпрямители У, 2, 3, 4 и нагрузка R_H.

Источник э. д. с. включен в одну диагональ этой схемы, а нагрузка R_a — в другую. Выпрямители работают попарно.

В первый полупериод, когда э. д. с. е (I) действует согласно с по­ложительным направлением напряжения на выпрямителях 1 и 3, эти выпрямители проводят ток, а выпрямители 2 и 4 тока не проводят. Во второй полупериод, когда э. д. с. е (() изменит знак и действует согласно с положительным направлением напряжения на выпрямите­лях 2 и 4, ток проводят выпрямители 2 и 4, а выпрямители 1 и 3 тока не проводят. Направление протекания тока через нагрузку показано на рис. 9.38, а стрелкой. Ток через нагрузку протекает все время в од­ном и том же направлении. Форма напряжения на нагрузке иллюстри­руется кривой рис. 9.38, б.

7. Мостовая схема выыпрямления однофозного переменного тока. Работа. Временные диаграммы. Расчёт. Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Основным элементом выпрямителей является полупроводниковый диод. Различают однофазные и многофазные выпрямители. Из однофазных выпрямителей наиболее широко применяет­ся мостовая схема, состоящая из четырех диодов (рис. 2)

Два диода (V₁, V₃) образуют катодную группу, другие два диода (V₂;V₄) - анодную группу. Провода, соединяющие разноименные электроды, являются входом выпрямителя, а провода, соединяющие одноименные электроды - выходом.

Из диодов катодной группы вступает в работу тот диод, на аноде которого наиболее высокий положительный потенциал, из анодной группы - диод, у которого на катоде находится отрицательный потенциал. Этот принцип справедлив для всех схем выпрямителей. Пусть в течении полупериода (t₁ - t₂) синусоидального напряжения U₂ потенциал у точки "а" положительный, а "в" -отрицательный. Тогда диоды V₁и, V₄ окажутся открытыми, а V₃ и V₂ - закрытыми,и ток через приемник R_h протекает по цепи: точка'"а"- V₁ - R_h - V₄ - точка "в". В другой полупериод (t₂ – t₃) потенциалы в точках "а" и "в" изменяются на противоположные,' соответственно меняется и состояние диодов. Ток протекает по цепи: точка "в" - "- V₃ - R_h – V₂ - точка "а*. В результате при переменном напряжении на входе ток через приемник протекает в одном направлении, причем «+»выпрямителя отнимается с катодной группы, а «-» анодной.

Из анализа временных диаграмм (рис)видно, что:

Различают неуправляемые и управляемые выпрямительные уст­ройства. В неуправляемых выпрямительных устройствах для преобра­зования синусоидального тока в постоянный применяются полупро­водниковые диоды, в управляемых выпрямительных устройствах.

В трехфазных выпрямителях чаще применяется полумостовая и мостовая схемы (рис. 3,4).

В полумос­товой схеме име­ется только катод­ная группа. Входом выпрямителя являют­ся аноды диодов, а выходом - элек­троды катодной группы (+) и нейтральная точка трансформато­ра (-).

В полумос­товой схеме име­ется только катод­ная группа. Входом выпрямителя являют­ся аноды диодов, а выходом - элек­троды катодной группы (+) и нейтральная точ-ка трансформато­ра ('"-).

В момент времени t₁ на аноде диода V1 окажется самый вы­сокий потенциал от фазы α (см. рис. 3,6) поэто­му он откроется. Через открытый диод V1 этот вы­сокий потенциал попадает на като­ды соседних дио­дов V2 и V3 и переводит их в за­крытое состояние. Такое состояние сохраняется в те­чение 1/3 периода (τ₁-τ₂), при этом приемник по­лучает питание от фазы "а" и находится под фазным напряжением. В момент вре­мени t₂ происходит коммутация (переключение) диодов VI на VI и питание к приемнику поступает от фазы "в" и т.д. Таким образом происходит автоматическое подключение при­емника к тем фазам источника, на которых имеется самое высокое положительное напряжение. Из анализа временных диа­грамм следует, что в проводящем состоянии диода 1пр = Iн /3 а при закрытом диод находится под линейным напряжением, при этом наибольшее значение
Uобр. = U_Amax =√ЗUф.max =2,34 U₂

На рис. 10.14, а показана схема трехфаз­ного выпрямителя. В каждый данный момент времени ток проводит только тот диод, который соединен с выводе той вторичной обмотки трехфазного тран­сформатора (a, b или с), напряжение на которой (и_а, и_ь или и_с) положительное и наибольшее. Кривая изменения вы­прямленного напряжения и_н совпадает с огибающей положительных полуволн напряжений вторичных обмоток (рис. 10.14,5).

Дата добавления: 2014-11-28