Poluprovodnikovye_vypryamiteli_1978

, ..,п.?л.на,~\е~~:етная ,,(типовая). "МОЩНОС'J,'ьтрансфЬрма,то~>'

;,ра ST':":}:" ". .•. .........,;,':';';;'<'~:;' ,

.··~<"!:!;~;)KpO,Me,п~речислеНН.ыJ{ Бые.;имее'гся', ~щер~~;}ара­

.;. ··.."2.,гармониче~киii'.. СОСiаВКРIiВ~)11'перемеНfIОfО'ТОКа.:

потребляем~гоиз питающеЙ'еети~::;...:,. : ' . ' . . <,

. ....... . . ~. ВнеШ.Няя,ха~fJ,к'Геристика,ВЫПР:ЯМИ'Г~JJ:Я;"котора~

?'; представляет. собои, зависимость среднего. значениявы,!

.,'~ря~леННОГО._н~пр~жевия .оТ•.•• сРеднего . зна,чения.·вы~...

.' основные соотношения, связываюпще.токи··и иапряжения'

,'13 схеме выпрямителя, а .также .провести сравнение: раз; '-

.цичных· схем выпрямления ~сцельюопределеНИЯ,lIаибо-

,.nее. це.лесообраЗныХ'облас'!'ей их прим~неиия:,.:,.. .

.....В .да,нноЙ главе рассматривается., работа идеализиро-.

ванных выпрямителей,Со,стоящихиз идеальныIx вентилей'

.., ". Термином «неупра13ляем:ый идеальный веНТИЛЬ»,опре:­

де.i:IяетсЯ"некИЙ'.несиммеТРичНыЙрезисТор,"СОПРОТИ~J:lе,ние:'

•.... е'коммутацИи~3атем: покi13анавозмож~остьучета'I:Х,:

тех.. случаях., когд~·.это.необходимо).. о~тальных' пара.';'.;,,::;

,ПР~,НЯТыИ .••·B ... HacTo5IIAe~.·издании•..• П()зВоляет' беЗ'СУlце- ''1:

· С1'13~нного?усложненияполучи:гь <общие, раочетныIe CO~. ; .

•.•. ' ..' '.' , ИЯ/ДЛЯР~ЗЛ'и~ныхс}{е'м" 'ВЫПРЯМJlения',и'ОJРВ

<'Режим работы !вьi~рямителя'на>.активIiо~емкос~ную,,:

нагрузку. характеРН1>IИ в основном для маломощных 1. и:,

специальны~ выпрямителей, ис~лючениз.·.раССlifотрения:'.

Из.всех способов изменени,я ВЫходного напряжения>вы-.;

прямителя подр,обно разбирается только вариант с уп~

· равляе~ыми вентилями.. ' ." 1 • ...' . . ,'

С,методическойточки'зрениявначале .цеJIесообрзз~()

рас~мотреТЬН,апримере болеепростой_ однофазнойсхе~:

а) .Работа неуправл.яемого.выпрямитеп~ '.

на,активную нагрузку . ' .

ОдноФазнаЯДВУХПОЛУIIериодная схема 'со. средней . точ­

кой. представленана·рис.2~З,а.Эту схему йногда назы-

·вают двухфазной, так каквторичнаfI обмотка'силовог()

·траясформатора .создает систе~у ..... напряжений, .' смещен­

ных'Друг относительно друга на180~.Рассмотрим рабо­

ту схемь( нааКТИВНУIО нагрузку (ключ ,К на рис. 2-З,а

замкнут).Фазное напряжение вторичноиобмотди тpaHC~

форматора мо:жно представить в следу~щеМ.Виде:

, ~-iдеезначеНия.фазНого напряжения;'IЗ---;шt; (1) ~ угловая

ний конец вторичной полуобмотки (помечен:н~ рисД~З;а .

точкой) положителен по . ОТНОIfIению к средней точке.

Рассматривая контур, обвед~нный на рис~ 2-З,а пунктир-

'. ной линией, нетруднозамеТlIТЬ, что при таком условии.

ГРУЗКИДd приложено·, фазное напряжениеВТОРИЧIЮЙ.'. об­

мотки трансформатора '. и2. Вентиль В2 В, интервале

,О-:(}1 выключеН,так как \кнему ПРFiложено о,трицатель-

,ное напряже~ие,которое, как видно из р ассмотрени~IКОН­

тура, обведенного, на рис. . 2-З,а штрих-пу~ктирнои ли:

иией, Pj}BHO разности фазн~х напряжении. ВТОРl!ЧНОИ

.обмотки (т, е.линеЙному напряжению). В следующем

'интерв;1Л~ работы'сiеМЫ{»I~112 полярность напряжения

на обмотках трансформатора сменится, и вентили IIoMe-

няются ролями; J;1ереход тока с вентиля В1 на вентиль

82 произойдетвмомеНТi\'I, когда напряжение на нто­

.РИЧНОЙ об~отке трансформатора .смени'!'. знак.

Явление перехода.тока с вентиля на вентиль носит

образуя,так называемую «катодную» группу. Возможно'

также образование «анодной» группы в 'случаеобъеди-

·нения анодов вентилей. . ,- .

42

Рис. 2-3. ОДНоФазнаядвухполупе~иоднаЯ. с!ема на

. вентилях. Токи. и напряжения на элементах схемы

'активнуюи активно-индуктивную нагрузку.

:..-

выпрямленного тока id в точности повторяет кривую выпрям~енного напряжения (рис. 2-З,б).1(ривая . тока

. через вентиль.iB , являющегося также и током вторичной

обмотки .трансформатора, представлена на.рИс.2-З,8

. . Ток первичнойобмоткипитающего трансформатора.

(рис. 2-З,г) чистосинусоидален, так как каждая riоло~ ~инавторично" обмотки, чередуясь через rюлпериода;'

пропускает полуволны синусоидального. тока в противо-

. . Кривая напряжения на вентилеuв представлена на

.рис. 2-3,д;

'", , ·~{ДлЯлоJ.iной ,характеристикирабо~ывыпр'ямитеJIЬfI()Й~

.схемы;неоБХОДИМО:ВЫВ~СТИ· ;колич~ственные .,соочюше~

,НИЯ,',которыесвяздли.. бы все токи и напряженнясхемы.•··

~ОБЫ9н6принято вСе'.'ТОКИ'И ~наriряжения:схемы вы'riрям-,>

,леllИЯ, связывать· с'двумя бэ'3исныIи,;;значениями:.: дей:: )

. с:тВуюЩимфазНЫм.напРяжением, ВТОIШЧНОЙ' ормотки'

Tpa'lH$opMaTopa U2Ф и:среДИИМБьmрямленным' .током ld.

<::.ре,iI.Иее , ВЫПРfl:мленное НЭ'Ilр~жение. ВЫПРЯМ!iтеJI~Ud,

может. быть' вычислено следующимобраЗ0М:\'.'

SV2 U2фSi~&d&J,"

, ,,' ,,'

'вторич-

~ "- . """ .

(2-5),

;Средни~'ТОК через вентиль [в.ер равен:

i,,;, [в.с';, .[d/~·

' . :,j Макси~а.тi~~ыЙ·ток,веНТИ~~,;I~:~I:,,(р'авнь~й амплитуде

JG.~·=I~M'

;ДеЙствующий.тОкчерез'вентнль iв,/ра'вныйJie~ciBYIO\'"

щему ,ТОКУ.,вr~ричной" ?БМОТКИ~~ра~СфОРМ~~9Р'~;12~"JlAО-

. ' '1.', I.):4}·Ji('~;··

.'Д:Ля'по~ной"~aрактерис~ики'выпрЯмЙте~я необходи-'

МО3!j:атьрасчетную (или . тип6вую) мощность транс-'

форматора,::котор~я 'ОIIределяется' как; полусум,ма' пол~

,Hbix мощностей ,его. .перви'1НОЙ',И, вторичной обмоток. ,.' ,.Мощно.ст~' 'трансформатора! 6бычн() подсчитывается

режиме номиналън'ой нагрузки Id=/dп (/dB -.нЬми~,

Haf!!>lIoe' ЭнаЧен~е.Jd).: ; МоiцНОСТl>;,первично~"об~отки .

раЩIa: '

\', '.

где .1l!С""':НОМlшальньiй деЙствующий:Ток первич~(){об':, "

мо:гки трансформатора;., Рdн"",::,номинальнаЯМОЩНОI:;ТЬ

выпрямленного тока, ri:о;iсчитывае'маякак произведение:'

~постоянных, составляющих выпрямJiенного'тоюi"ldн' и .. напряження U<i:~" . " " , .. '/j" , - . ' ,

Суммарная мощность двух.ВТОРЮ;IНЫХ'о.бмоток равна:"

".'"

<Расчетна~ МОЩНОСТЬ трансформатора'S~ равна:, ,

S~ " S1tS2 ',+{~2+4 ~2 )Pd~ ,,' 1;48Pa•• (2~1'4)

Как видно из формулы (2-14) • расчетная мощность

трансфор~аторапревышает, ,мощность' выпрямленного

Для сравнительной оценки различных схем выпрям­

ления целесообразно ввести так называемый коэффици-

'"ент повыIениярасчетнойй мощности трансформатора, kп,\

определяемый как отношение, типовой мощности TpaHC~

форматора ,к номинальной активной МОЩНОСТИ выпрям- ,

ленного тока Р'ан: .

(2-15)

Вслуч~~'рабо~ы схемы на чис~о активное сопротив~ ','

ление активная, мощность" пОтребляеМая.в нагрузке"

P'~H не равнаРa~. Мощность Р'ан может'быть вычислена

··сЛедующим образом: .

'0.

. , , В результате коэффициент kп буде'f равен:

k"2+У:2-12 '

п'2У2 ',-~'...

:iдля оценки ,работы вентилей ,в схемах выпрямлеlIия .

, можно' воспользоваться коэффициентами' использования

"вентилей по ~апряжению ku_ и- по току kJ , kJср.Коэф­

.. фициент,kuравен отношению;максимального обратного

I

Pa~OTa неу:правляе~~rо В,ыпрямнтеля на активно-'.

индуктивную, наrрузку . . . .

.Ра~смоТрим'режи'м ра~о'тывыпрямителя.·при наличии

индуктивности Ld в цепи на'ГРУЗКИ (ключ Ква рис: 2-З,а

:~pa30MKHYT) •. Подобный ре~им' iвстречается в случае

, включения в цепь нагрузки индуктивного фильтра. для

. ,сглаживания' пульсаций выпрямленного тока или опре­

,деляется самим характером riотребителя (например, об- .-

мотки, возбуждения электрических ,машин). Влияние

'. ,"

циях в кривой выпрямленного тока id, а также на, деЙ-. "

щая в КРlIВОЙ id и тем б6леесглажен выпрямленный ток.

. Выражение,., для':..мГНQвеНного· выпрямленного тока ~.

·может .быть получено из решения следующего уравне­

ния, описывающего процессы в цепи нагрузки: .

Решение уравнения (2-20) выглядитследующи~Jобра­

[Л. l1З:

Обычно при анализе.. работы схем выпрямления на

•активно::индуктивную нагрузку удобно принимать· ин"

ДУКТИВIIОСТЬ Ld, бесконечно большой'и полагать' ток id\

,lIдеальносглаженным. Это позволяет получИ'I'Ь9чень

.простые соотношения для токов в схеме ,выпрямителя.

При конечной, но достаточно ,большой индуктивности I L d

HaГPY~Ka Спрот~во~э.,'д. С. встречается в основном при

1fспользовании ВыriрямитеJН~ЙВ. области электр()химии н

.а также,.цвцгатели постоянного . тока. Главнойособен- /

'.мостью такого родапотребнтелей является наличие

.у них собственной Э;Д; с.:,?О;кОтора.ц направленkна-

.встречу э. д. с. выпрямителя: '8результате·протекающий

. через нагрузку .ток будет определяться разностью двух

'Э;,.lI..\с.-э.д. с.выпрямителя 1):'Э.д.. с,.'приемника...

г)

\ ~ '/(

Рис. 2-5.' Кривыетоковинапряже~ий' на элемен­

'тах неуправляемой однофазной двухполупеРНоtt-

. ной схемы при работе на Н1\ГРУ3КУ с противо-э. д. f7. '

\

На рис. 2-5,а представлена cxehfa однофазного ДBYX~

полупериодного - выпрямителя, который нагружеН"на

приемник сriротиво-э. д. с.; Ра~смотрим. вначале работу

\ схемы без сглаживающей индуктивности (кл!Оч К зам­

кнут). Сопроти'влениеRd ;в данном ,сJiу.чаеэк<вивалент­

но внутреннему сопротивлению приемника. '. Мгновен:

.,ныйвыпрямленный ток в цепи нагрузки определяется,'

след~ющим уравнением:

(2-30)

" '. Очевидно, что ток·через вентили схемы.может.прохо­

дить 'только 'в те части периода, когда мгновенное ВЫ-'

прямленное ~ напряжение будет больше' Eo~ Например; вентиль ВIВКЛЮЧИТСЯ.вмомент tt! и 'выключится в МО- .

':MeHTtt2. :(рис.2:5,б). .

50.

fr! 'может

SiП31-:-1::0/]/2 U2Ф~

.'.,' Интервал времениi, в течение которого

IJTKpblT, определяется следующим оБР(iЗОМ:

дующуюполовинупериода :И будетпроводи~ь ток в ин-

иметь >прерывистый x~paKTep. На рис. 275,6. пре.дставле­

ны .I):ривые ,Ud и id.. Кривая тока чере;з вентиль lB И,кри~'

вая первичноготока ilприведены ,на рис. ,.2-5,8 ,и ~.

Средний ток через нагрузку может быть ПОЛУЧ,ен ~. сле~

дующемВидj,{ ;+ (V2U~со,& _ Е.)d3 J(%34)

. (2~31), (2-33) и' (2-34) окончательно полу-

Средний ток через вентиль равен: .

·.,(ДеЙствующиЙ ток веитиля /п(равный действующему

току вторичной обмотки 12) может быть подсчитан сле-

(~+

(2-37) .

,... В1. Предполо-

жим,что. ,на, управляю­

щий электрод вентиляВl . отпирающий импульс бу-

! де! подан 'В . момент 1'J1

(рис. 2-6,б). В этом слv­

,чае.... вентиль 'в1,. включит~

,ся сне~6торой задержкой.

,Угол задерж:ки"отсчиты­

ваемый,/ОТ MOMeHTa~eCTe"

ственного включения' вен­

тиля, выраженныЙ.в элек:-

, 'ТР!iческихградусах, на-,

зыва~тся",.уГЛОМ' управле­

ния и .0бычнО обозначает-

,сяБУКВОй;а:"ВрезуJfbТaте

в ,интервалеО-{t1 напря­

жение на, .. сопротивлении

наГРУЗКИВd будет, равно нулю (оба вентиля в за­

кры омсостоянии)•. в мо-

мент ,включения вентиля

'В1 '.напряжение на на­

грузке ,Rdскачком возра­

стает и далее будет изме-

,baJi:e1J2-1}з. равном углу управления а, оба венти­

'.стоян~и, и.в момеIiТ1'}з~стуriит,в рабо;гу,венти.1!Ь. В2.

Вмомент 1}4вентильВ2,выключается; и ~ через интер-.

вал,равный углу ,а, вновь вступит в работу вентильВ1...'

"в случае работы'БыпряМ:ителяна ,чисто активную

нагруз}{У кривая выпрямлеННQго;тока .пОJIНОСТЫОПОВТО-, •

ряетформу КРИВОЙUd. На рис.2-:6,б представлен харак­

тер~изменения веЛИЧИНИd И id для случая работы схемы /

(рис.2~6,8).В интервале 0-1fl (PIiC. 2~6,б)к вентилю

В1приложеноположительноефазное напряжениеU2" '

действующее в" контуре, ,обведенном пунктироМ: на

. рис. 2-6,й; Далее в интервале1Jj':"':':1t2 вентиль В1 нахо­

дит'ся в открытом состоянии, и падение на нем равно

ну.'lю. После'прохождения токаidrq'ерезнуль в' M'OIMeHT '1f2 ,Л; вентил,ь 81; выключается,И ив, нем начцна,етрасти

уже '.' отрицательное .напря>,кение, . равное фазному, по- .

.... скольку,вентиль В2 также находится. в закрытом состоя-

нии, В момент1tз-л+а. включится вентиль 82 ик BeH~

тнлюЕl прикладывается линейное' ~апряжение iзторич~ .;

Линейное наriряжениебудет приложенок вентилю

В1 вплоть до момента 1t4-2л, когда выключится ,вен·,

тиль В2. В дальнейшемпроцессыв' схеме начнут, повто­

ряться. Кривая напряження на ве!lтнле В2 аналогична

кривой Ив на.· вентиле' 81, но только смещена ПООТНQ­

, '. шению к ней на половину периода'питающего напряже~ ,

ния. На рис. 2,-6,8 ИЗ0браженакривая напряжения Ив ' "

на 'вентi:щеВ1 икривая ТОIШ первичной обмотю(транс-,'

форматqра' i!. '.' " •. ; . ..... . " .•., .. ' '." ..

. Форма крищ}йтока il определяетс~ ИЗ условия ком­ пенсациим; д.с. первичнойи вторичной обмоток выпря­

,митеJIЬНОГО трансформатора. .

'- .СреднеезначениевыпрямлёНН:огоIIащЭяжения.

но вычислить следующим образом: '

Умножив'"числитель изнаменатель (2-44) на 2, 'фор~

мулу, можно переписать в следующем виде:

. 'накопленным.'В'~,ндуктивности ····LiсредfIее'ВьПlря~ле~­

"+,,

.•j',У2U2фSiп~d~.~. (2-55)

..', " , . . ( .

ПРOIIЗведя интегрирование и подставив ОдНОВр.емен­

но, значение ,иao~ получим: .

/ " пряжение ВТ,9ричной обмоткй трансформатора (см. КОН­

Соотношенщ, между iока~и в элементах схемыI велу­

выведенным-';lДЛЯ

, Форма КРИ~ОЙ,тока? через, вентиль представляет. co~. бой прямоугольныеимпульсы тока длительностью >180 .

самплитудой,равной Id.I\риваядервичного тока i1. как

и для случая 'неуправляемого, выпрямителя, имеет пря~ ..' ."

,моугоJiьную фор:му(рис. 2-6,д) ,',имоменты .перех6да ее через нуль сдвинуты В,сторону' отставания относительно

кривойпитающеr:о напряжения~на,угол <Рl=а.. ' .

"Обраi:цаясь ккривым рис:2-З,б и жирис. 2-6,ги д,

можно'заметить, что при-отсутствии ,упр~вления первая,

гармоника первичн6го тока irсо;впадаетпо фазе с кри-

ВслеДС1'виеэтого cos <рI выпрямительных. установок

с 'управляемыми, веНТИЛЯl\Ш, обычно' меньше .,' единицы и

.rемниже,. чем~ большими углами управления работает

выпрямитель. #,'

,.е) РаботаУ!1равпяеМОГО'выпрямителя с нулевым

Регули~ование.выпрямленн~го l~а~р'яжения с помощью у~ра'в:rяемых·..

вентилей. ухудщает коэффициент мощности выпрям~теля., Это прива- , · .дит К потреблению выпрямителем 113 сеТII.реактивнои МОЩНОСТII. По­

добное ,явление можно нескодько ослабить, ИСПОJIЬЗУЯ в схеме вы­

прямителя так'наз~ваемыйнулеВО!!,вентиль I[Л.j2]. Схема управ­

.iIяемогОвыпрямите;т(я е нулевым веитилем приведена на рис,2-7,а:

...НулевЫм вентилем .. (ВО) здесь служит неупра~ля~мыи вентиль,

включенный.парал,rrельно· нагрузке и сглаживающии !Нlдуктивности

· С поляриостью; шжазанной'на рис.:2-7,а. Использо~ание. в ,cxeM~ .ну­

левого вентиля' целесообразно, только приработе выпрямите,JIЯ

-с. БО,1ЬШИМИ значениями Ld.,Полагаем Д,1Я упрощения, что, выпрям-

ленный ток id' идеально сглажен. Начнем рассмотрение работы схе- / мы с интервала {l-1-{l-2 (рис.'2-7,б). В этом интервале/работ~етвен-

веитиля напряжение на последовательно соединеИf!ыхсглаживающей .

'ИНДУКТИВ'ностиLdи сопротивлении иагрузки 'меняет.' 'свою· поляр:

ность. В результате точка А на рис, 2-7,а получает отрицателЬ!ныи

потенциал по отношению к средиеЙточке,.вторичноЙ обм(:)т,тш .(0). / .

. Введеиие' в схему нулевого' вентНJIЯ исключает яв:'!ение" c~leHbI полярности на выходе ..выпрямителя. Напряженне отрицат~льнои по"'

лярности на выходе схемы возникнутьиеможет по. тои причине;

'!то' это приводит К ВК,'1ючению веитиля ВО, который сразу I,llунти;

.. руетвыход схемы. Таким, образом, В момент времени, следующии, за ,{l-2, включается нулевой вентиль ВО, которыйперехватывает ток·