4. Работа схемы на активно-емкостную нагрузку.

Особенности работы схемы связаны с тем, что открытие вентиля определяется, с одной стороны, положительным напряжением вторичной обмотки u₂ , приложенным к его аноду, и, с другой - напряжением заряженной емкости u_С , приложенным к катоду вентиля. В результате каждый вентиль проводит ток только в течение части полупериода продолжительностью λ= 2θ (рис.2.3.). интервал λ называется углом проводимости, а угол θ, определяющий моменты включения и выключения вентиля, называется углом отсечки. В моменты открытого состояния вентилей (когда u₂ > u_С ) происходит зарядка емкости. При u₂ < u_С вентили закрыты, а емкость разряжается на активное сопротивление нагрузки R_d .

В предположении, что емкость пульсациями выпрямленного напряжения можно пренебречь. Тогда u_d = U_d .

Выпрямленный ток в этом случае определяется соотношением

,

где R_Ф - сопротивление фазы, которое включает сопротивление первичной обмотки трансформатора , приведенное ко вторичной цепи, сопротивление вторичной обмотки трансформатора R₂ и прямое сопротивление вентилей R_B.

R_Ф = + R₂ + R_B

Величина угла отсечки и среднее значение выпрямленного напряжения определяется равенством u₂ = u_С

U₂ sin θ = U_d .

Среднее значение выпрямленного тока в свою очередь зависит от угла θ

С другой стороны .

В результате угол θ можно определить из соотношения

tg θ – θ =

Из-за сложности выражений для определения угла θ и сложности зависимостей токов и напряжений от этого узла в расчетах выпрямителей с емкостной нагрузкой используются номограммы (графики) задающие угол θ и коэффициенты, определяющие основные параметры схемы, в функции параметра А = .

U₂ = B U_d ; I_Bmax =FI_d ; I_{B ср}=В I_d ; U_Обр.max = (1+B)U_d ;

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения .

На рис.2.4. приведены графики зависимостей θ(А); В(А ); F(A); H(A).

Рис.2.4.

5. Экспериментальное исследование схемы

5.1. Цели эксперимента :

- исследование особенностей работы мостового выпрямителя на нагрузку с емкостной реакцией в сравнении с режимами активной и индуктивной нагрузок.

- измерение параметров нагрузки, вентилей и трансформатора в указанных режимах;

5.2. Схема эксперимента.

5.3. Измерение параметров выпрямителя при изменении характера нагрузки.

Смонтировать схему эксперимента ( Рис.2.5.).

Измерить приведенные в табл.1 параметры для активной R_d = 100 Ом и активно-индуктивной R_d = 100 Ом , L_d =1,0 Гн нагрузки.

При фиксированном активном сопротивлении нагрузки R_d = 100 Ом , устанавливая величину емкости С_d = 0; 1 мкФ; 10 мкФ ; 100 мкФ измерить выпрямленные ток и напряжение , токи и напряжения первичной и вторичной обмоток трансформатора. С помощью осциллографа определить интервал проводимости λ, коэффициент пульсации к_П выпрямленного напряжения. Результаты эксперимента занести в табл.2.1. ωL = ∞)

Таблица 2.2.

Характер нагрузки	Id	Ud	кП	λ	IB	I2	U2	I1	U1
Активная Rd = 100 Ом
Активно-индуктивная Ld = 1,0 Гн
Активно-емкостная Сd = 1 мкФ
Активно-емкостная Сd = 10 мкФ
Активно-емкостная Сd = 100 мкФ

Контрольные вопросы

1. Принцип действия однофазной мостовой схемы выпрямления.

2. Особенности работы схемы на нагрузку индуктивного характера.

3.Различие соотношение для параметров вентилей в однофазной мостовой и нулевой схемах.

4. В чем отличие в работе трансформатора и соотношений для его параметров для однофазной мостовой и нулевой схем?

5. Какими напряжениями определяется открытое состояние вентилей при емкостном характере нагрузки.

6.Что такое угол проводимости и угол отсечки?

7. Как определить практически рассчитать угол отсечки?

8. Как рассчитать среднее и максимальное значение тока вентиля при емкостном характере нагрузки?

9. как при заданном напряжении нагрузки определить напряжение вторичной обмотки трансформатора при емкостном характере нагрузки выпрямителя?

ТРЕХФАЗНАЯ ОДНОПОЛУПЕРИОДНАЯ (НУЛЕВАЯ) СХЕМА ВЫПРЯМЛЕНИЯ

1. Схема выпрямителя.

Трехфазная нулевая схема выпрямления приведена на рис.3.1. Эту схему можно рассматривать как три однофазных схемы выпрямления, работающие на общую нагрузку. Каждая из них питается от своей фазной обмотки трансформатора. Концы фазных обмоток объединены в общую (нулевую) точку, что определило оно из ее названий.

С другой стороны, исходя из принципа работы, схема классифицируется как трехфазная ( p = 3) однополупериодная ( q = 1) схема выпрямления. ( Здесь p – количество фазных обмоток трансформатора, напряжение которых выпрямляется, q – количество используемых полупериодов напряжения каждой фазы). Фазность схемы

m = pq = 3.

2. Работа схемы при активном характере нагрузки.

Диаграммы напряжений и токов схемы, отражающие принцип работы при активном характере нагрузки приведены на рис.3.2.

2.1. Режим работы с углом управления α = 0.

В любой момент времени открытым является вентиль той фазы, в которой напряжение вторичной обмотки наибольшее положительное.

В интервале 30^о < ωt <150^o : т.к. u _2a > 0 , u_a > u _2b ,u _2c вентиль открыт, вентили заперты. Через открытый вентиль напряжение u _2a приложено к нагрузке. В результете в рассматриваемом интервале напряжение нагрузки u_d = u _2a .

В интервале 150^o < ωt < 270^о : имеем u _2b > 0 , u_2b > u _2a ,u _2c

вентиль B₂ открыт, вентили B₁ , B₃ заперты. Через открытый вентиль B₂ напряжение u_2b приложено к нагрузке ( u_d = u _2a ) .

В интервале 270^о < ωt <390^о : имеем u _2c > 0 , u_2c > u _2a ,u _2b вентиль B₃ открыт, вентили B₁ , B₂ заперты. Имеем u_d = u _2с.

Таким образом, напряжение на нагрузке равно верхней огибающей синусоид фазных напряжений.

2.2. Основные соотношения для режима α = 0.

а) Параметры нагрузки.

- Частота пульсаций выпрямленного напряжения

- Средние значения выпрямленного напряжения (U_d).

При переносе начала координат (Рис.3.3.) u₂ = U_2m cos ωt , тогда

- Средние значения выпрямленного тока

- Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (по первой гармонике)

.

б) Параметры вентиля:

- Среднее I_Вср , максимальное I_Bm и действующее I_B значения тока вентиля

;

=1.21 I_d ;

= 0,587I_d

- Максимальное обратное напряжение вентиля

U_{обр.макс.}= U_2Л.макс= U_d =2,1 U_d

в) Параметры трансформатора :

- Напряжение вторичной обмотки

- Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

I₂ = I_B= 0,587 I_d

- Габаритная мощность трансформатора

Трехфазная схема характеризуется наличием подмагничивания сердечника постоянной составляющей тока. Эффект подмагничивания то ведет к насыщению магнитопровода. Чтобы это компенсировать, требуется увеличение размеров сердечника.

2.3. Режимы работы схемы с углом управления α ≠ 0 .

Особенностью режима является то, что поляризованный положительно вентиль фазы, в которой напряжение вторичной обмотки наибольшее, остается закрытым до подачи управляющего импульса. Возможны два случая:

а) режим непрерывных токов и

б) режим прерывистых токов.

2.3.1. α ≤ 30^о Режим непрерывных токов .

В интервале 30^о < ωt <150^o : несмотря на то , что u_a > u_2b ,u_{2c ,} вентиль В₁ находится в режиме ожидания до момента ωt = 30^о + α ( Рис.3. 4). Вентиль В₁ продолжает оставаться открытым до момента ωt = 150^о + α когда отпирается В₂ и напряжение u_2b , которое в этот момент больше u_2a , запирает В₁.

Таким образом, напряжение u_d и соответственно ток I_d в нагрузке не прерывается в течение всего периода (Рис.3.4).

Среднее значение напряжения нагрузки в данном режиме

_Здесь .

2.3.2. α >30^о Режим прерывистых токов .

Вентиль работающей фазы запирается при прохождении через нуль ее фазного напряжения, т.к. сигнал на включение следующей по порядку фазы приходит позже этого момента (Рис.3.5.).

Среднее значение напряжения в этом случае

3. Работа схемы при индуктивном характере нагрузки.

В предположении , что ωL = ∞ ток нагрузки, поддерживаемый ЭДС самоиндукции , остается неизменным i_d = I_d = Const.

а) Для режима α = 0 диаграммы выпрямленного напряжения и тока приведены на Рис.3.6

В этом режиме изменяются следующие параметры схемы

I_Вср = = 0,33 I_d;

I_Bm = I_d ;

б) Режим α ≤ 30^{о .}

Выпрямленное напряжение имеет непрерывный характер ,аналогично активной нагрузке(Рис. 3.5).

в) Режим α > 30^о .

В этом режиме открытый при положительном напряжении соответствующей фазной обмотки трансформатора тиристор продолжает оставаться открытым при смене его полярности (Рис.3.7). Положительная поляризация тиристора поддерживается ЭДС самоиндукции нагрузки, препятствующей уменьшению тока. При достаточно большой индуктивности тиристор запирается только тогда , когда откроется тиристор другой фазы.

В этом случае среднее значение выпрямленного напряжения равно

Графики зависимости выпрямленного напряжения от угла управления (регулировочная характеристика) для активной и индуктивной нагрузок приведены на рис.3.8.

4. Экспериментальные исследования

4.1. Цели эксперимента:

-исследование режимов работы трехфазного однополупериодного выпрямителя при активной и активно-индуктивной нагрузке и нагрузке с противо ЭДС;

-измерение параметров нагрузки, вентилей и трансформатора в указанных режимах;

- Изучение работы в тех же режимах при различных углах управления.

4.2. Исследование режима α = 0 (Неуправляемый выпрямитель).

0

Рис.3.8.

4.2.1 Измерение параметров выпрямителя при изменении характера нагрузки.

При фиксированном активном сопротивлении нагрузки R_d = 100 Ом, при E_d = 0 устанавливая величину индуктивности L_d = 0; 0,1Гн; 1Гн ; 10Гн измерить выпрямленные ток и напряжение, токи и напряжения первичной и вторичной обмоток трансформатора . С помощью осциллографа определить коэффициент пульсации выпрямленного напряжения. Результаты эксперимента занести в табл.3.1.

Рассчитать и сравнить с теоретическими величинами отношения I₂ / I_d и U₂ / U_d .

Таблица 3.1.

Характер нагрузки	Id	Ud	кП	IB = I2	U2	I1	U1	I2 / Id	U2 / Ud
Активная нагрузка Rd = 100 Ом
Активно-индуктивная нагрузка Ld =
Активно-индуктивная нагрузка Ld =
Активно-индуктивная нагрузка Ld =