- •Конспект лекції
- •Загальні відомості
- •Робота однофазного випрямляча з виведеною нульовою точкою вторинної обмотки трансформатора на активно – індуктивне навантаження
- •1.4. Фільтри
- •1.5. Зовнішня характеристика
- •Комутація струмів вентилів
- •Особливості комутаційних процесів у однофазному мостовому випрямлячі
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет “Львівська політехніка”
Інститут енергетики та систем керування
Конспект лекції
”Некеровані однофазні випрямлячі
та згладжувальні фільтри” з дисципліни «Промислова електроніка та перетворювальна техніка»
Львів 2011
Загальні відомості
Випрямлячами називають електронні пристрої для перетворення змінної напруги джерела живлення у постійну. Вони широко застосовуються в силових перетворювальних пристроях ( в схемах живлення електроприводів постійного струму, електролізних ванн, кіл збудження синхронних генераторів, компенсаторів та двигунів, в лініях пересилання постійного струму, на залізничному транспорті тощо), в різноманітних пристроях автоматики.
Випрямлячі складаються з трансформаторів, які змінюють напругу джерела живлення до необхідного значення, вентильного блоку, який перетворює змінну напругу в пульсуючу, згладжувального фільтру, який зменшує ( згладжує) пульсації випрямленої напруги відповідно до вимог споживача.
Випрямлячі класифікують за такими ознаками:
за типом вентилів, які використані у вентильному блоці: керовані (на базі тиристорів), некеровані (на базі напівпровідникових діодів);
за потужністю: малої потужності (до 1 кВт), середньої потужності (1,0 – 30 кВт), великої потужності (понад 30 кВт);
за кількістю фаз мережі живлення: однофазні та трифазні;
за кількістю фаз вторинної обмотки трансформатора та способом з’єднання вентильної групи: однофазні однопівперіодні; одно-, три-, шестифазні з виведеною нульовою точкою вторинної обмотки трансформатора (так звані нульові схеми випрямлячів); одно- та трифазні мостові випрямлячі; комбіновані тощо;
випрямлячі поділяють на однотактні та двотактні (однопівперіодні та двопівперіодні).
В однотактних випрямлячах струм у кожній фазі вторинної обмотки трансформатора протікає тільки один раз протягом цілого періоду змінної напруги живлення.
У двотактних же у кожній фазі вторинної обмотки трансформатора струм протікає двічі за один період і в різних напрямах. Кратність пульсацій випрямленої напруги в таких схемах у два рази більша від кількості фаз вторинної обмотки трансформатора. До однотактних схем належать схеми випрямлячів з виведеною нульовою точкою вторинної обмотки трансформатора (рис. 1.1). До двотактних належать мостові одно- ( рис. 1.5 ) та багатофазні схеми випрямлення.
Схема та принцип роботи однофазного випрямляча з виведеною нульовою точкою вторинної обмотки трансформатора
У схемі однофазного випрямляча з виведеною нульовою точкою вторинної обмотки трансформатора (рис. 1.1) один вивід вторинної обмотки сполучений з анодом вентиля - діода VD1, а другий вивід – з анодом VD2. Катоди цих діодів сполучені між собою. Резистор навантаження Rd увімкнений між нульовою точкою 0 вторинних обмоток трансформатора і катодами діодів. Напруги на виводах вторинної обмотки відносно нульової точки одинакові за значенням і зсунуті за фазою на 180. Саме тому на
рис. 1.2 часові діаграми напруг u2-1 та u2-2 нарисовані у протифазі.
Рис. 1.1. Схема однофазного випрямляча з виведеною нульовою точкою вторинної обмотки трансформатора
Умовою провідності некерованого вентиля є додатне значення напруги на його аноді відносно катода. Тому вентилі VD1 і VD2 проводять струм почергово під впливом додатніх півхвиль напруг u2-1 та u2-2 , які формують випрямлену напругу. Через вентилі протікають відповідно струми iа1 та iа2 . Струми iа1 та iа2 протікають через резистор навантаження Rd і формують випрямлений струм id (рис. 1.2, б), який дорівнює їх сумі
id = iа1 + iа2 . (1.1)
На резисторі навантаження Rd утворюється спад напруги ud= id Rd. Струм id (рис. 1.2, б) та напруга ud (рис. 1.2, а) однополярні пульсуючі. У них можна виділити середні значення Id та Ud і змінну складову, яка коливається відносно середнього значення. Період повторення функції ud =f() дорівнює половині періоду напруги u2-1 і у градусній мірі становить 180º, а в радіанній мірі – число π. На проміжку 0 ≤ ≤ π крива ud описується рівнянням
ud = , де U2 =U2-1=U2-2 діюче значення напруги u2-1.
Середнє значення випрямленої напруги визначається з виразу
(1.2)
Рис. 1.2. Часові діаграми струмів та напруг однофазного випрямляча з виведеною нульовою точкою вторинної обмотки трансформатора
Середнє значення випрямленого струму становить Id = Ud/ Rd.
Оскільки діоди проводять струм почергово, то середнє значення струму одного вентиля Iа1 = Iа2 = Id/2.
Розглянемо, як формується зворотна напруга на вентилі, наприклад, VD1. Нагадаємо, що зворотна напруга - це різниця потенціалів між анодом та катодом вентиля, який знаходиться в непровідному стані. Діод VD1 знаходиться в непровідному стані на проміжку π ≤ ≤ 2π. Потенціал анода діода VD1 завжди формується напругою u2-1, а потенціал його катода на цьому проміжку через відкритий діод VD2 - напругою u2-2. Отже, зворотна напруга вентиля VD1 на проміжку π ≤ ≤ 2π провідності діода VD2 визначається різницею напруг u2-1 - u2-2 , а максимальне значення зворотної напруги U а1 макс = (рис. 1.2, д). Амплітуда зворотної напруги U а1 макс для даної схеми випрямлення у два рази більша, ніж амплітуда напруги живлення чи випрямленої напруги, оскільки випрямлена напруга формується почергово під впливом тільки одної з напруг частин вторинної обмотоки трансформатора. Зауважимо, що в навчальних підручниках зворотну напругу вентиля часто позначають Uв.
Струми y кожній з частин вторинної обмотки трансформатора однонаправлені, оскільки визначаються відповідно струмами діодів VD1 та VD2 (див. рис. 1.2, в). Струм первинної обмотки трансформатора i1 зв’язаний з струмами кожної з частин вторинної обмотки трансформатора коефіцієнтом трансформації n=U2/U1 і має додатний та від’ємний півперіоди (рис. 1.2, г).
Для розрахунку силового трансформатора необхідно знати діючі значення струмів І1 та І2=І2-1=І2-2, які протікають через його обмотки. Оскільки струм у частинах вторинної обмотки визначається струмом відповідного діода (і2-1=іа1 або і2-2=іа2), розрахунок діючого значення струму І2 виконують за аналітичним виразом кривої іа1 або іа2 з врахуванням відомого виразу для знаходження діючого значення струму:
. (1.3)
Струм і1 в первинній обмотці трансформатора має синусоїдну форму і на кожному півперіоді його можна визначити за струмом однієї з частин вторинної обмотки з врахуванням коефіцієнта трансформації n. Струм І1 знайдемо, визначивши спершу амплітуду струму І2 макс частини вторинної обмотки трансформатора
І2 макс = (1.4)
Звідси
І1= (1.5)
Розрахункові потужності обмоток трансформатора S1 та S2 визначають як добутки діючих значень струмів і напруг обмоток, а повну потужність трансформатора - як середнє арифметичне цих потужностей
S1= U1I1=1,23 Pd , (1.6)
S2=2 U2I2=1,74 Pd , (1.7)
Sт=( S1+ S2)/2=1,48 Pd. (1.8)
Отже, під час роботи досліджуваного випрямляча на чисто активне навантаження потужність трансформатора схеми повинна бути у 1,48 раза більшою від потужності кола постійного струму.