Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 15 )

Среднее значение тока через каждый вентиль в 2 раза меньше тока Id проходящего через нагрузку, т. е. Ia=0,5Id.

Действующее значение тока вентиля Iа дейст равно действующему значению тока вторичной обмотки трансформатора I2 и определяется формулой

I2=0,785· Id= 1,57Iа, А                                                                        (10)

Действующее значение напряжения вторичной обмотки

U2 = 1,11Ud0,В                                                                                (11)

Действующее  значение  тока первичной обмотки с учетом коэффициента трансформации  ктр будет равно:

                                                       (12)

Расчетные мощности обмоток трансформатора определяются произведениями действующих значений тока и напряжения:

S2=2I2·U2=2·0,785·Id· 1,11·Ud0 = 1,74 Рd, ВА

Расчётная (типовая) мощность трансформатора будет:

.

Частота основной гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения в данной схеме равна двойной частоте сети 2f1. Коэффициент пульсации напряжения на выходе выпрямителя равен:

где m – число фаз выпрямителя, т. е. число полуволн выпрямленного напряжения, приходящееся на один период переменного тока, питающего выпрямитель.

Рис. 9.2 Однофазный мостовой выпрямитель.

а – схема; б и в - диаграммы напряжений и токов на элементах схемы.

6.3. Однофазная мостовая схема состоит из трансформатора Тс с двумя обмотками и четырех вентилей VD1, VD2,VD3 и VD4, соединенных по схеме моста  (рис. 9.2, а). К одной диагонали моста (точки 1, 3) присоединяется вторичная обмотка, в другую (точки 2 и 4) включается нагрузка Rd. Общая точка катодов вентилей VD1 и VD2 является положительным полюсом выпрямителя, а отрицательным - точка связи анодов вентилей VD3 и VD4. Вентили в этой схеме работают парами поочередно. В положительный полупериод напряжения U2 проводят ток вентили VD1 и VD3, а к вентилям VD2 и VД4 прикладывается обратное напряжение и они закрыты. В отрицательный полупериод напряжения U2 , будут проводить ток вентили VD2 и VD4 , а вентили VD1 и VD3 выдерживают обратное напряжение.

Ток id в нагрузке проходит все время в одном направлении - от соединенных катодов вентилей VD1 и VD2 к анодам вентилей VD3 и VD4. Ток i2 во вторичной обмотке трансформатора (рис. 9.2, б) меняет свое направление каждые полпериода и будет синусоидальным. Постоянной составляющей тока во вторичной обмотке нет. Следовательно, не будет подмагничивания сердечника трансформатора постоянным магнитным потоком. Ток в первичной обмотке  трансформатора  также синусоидальный.

Средние значения выпрямленного напряжения Ud0 и тока Iа через  вентиль  в этой схеме получаются такими же, как и в схеме с нулевой точкой.

Обратное напряжение, приложенное к закрытым вентилям, определяется напряжением U2 вторичной обмотки трансформатора (рис. 9.2, б), так как не работающие в данный полупериод  вентили оказываются присоединенными ко вторичной обмотке трансформатора через два других работающих вентиля, падением напряжения в которых можно пренебречь. Следовательно,

Uобр. макс.=√2 U2=1,57 Ud0, В                                                                 (15)        

Соотношения между другими величинами для однофазной мостовой схемы приведены в табл. 9.1 Сравним достоинства двухполупериодных однофазных схем выпрямления.

6.4. Однофазная нулевая схема:

1.Число вентилей  в 2 раза меньше, чем в однофазной мостовой.

2.Потери мощности в выпрямителе будут меньше, так как в нулевой схеме ток проходит через один вентиль, а в мостовой - последовательно через два.

Однофазная мостовая схема:

1. Обратное напряжение на вентилях в 2 раза меньше, чем в нулевой схеме.

2. Вдвое меньше напряжение (число витков) вторичной обмотки при одинаковом значении Ud0.

3. Трансформатор имеет обычное исполнение, так как нет вывода средней точки на вторичной обмотке.

Расчетная  мощность трансформатора на 25% меньше, чем в нулевой схеме, следовательно, меньше расходуется меди и железа, меньше будут размеры и масса.

Данная схема выпрямителя может работать и без трансформатора, если напряжение сети U1 подходит по величине для получения необходимого значения Ud0 и не требуется изоляция цепи выпрямленного тока от сети.

При использовании в выпрямителе электронных или ионных вентилей с подогревным катодом целесообразнее применять однофазную нулевую схему, так как в этом случае требуется меньшее число накальных трансформаторов или обмоток. При использовании полупроводниковых вентилей очевидным становится применение однофазной мостовой схемы.

Таблица 9.1 Соотношения между токами и напряжениями в выпрямителях

Схемы выпрямления	Зависимость Ud от угла регулирования в непре-рывном режиме	Ud0/Uф	Uобр. макс./Ud0	Ia/Id	Iа действ./Id	I2/Id	Sтр/Pd	Коэффициент пульсации, %
Однофазная двухполупериодная (нулевая)	Ud=Ud0cosб	00,9	3,14	0,5	0,785/0,71	0,785/0,71	1,48/1,34	67
Однофазная мостовая	Ud=Ud0 cos б	00,9	1,57	0,5	0,785/0,71	1,11/1,0	1,23/1,11	67
Трёхфазная нулевая	Ud=Ud0 cos б	1,17	2,09	0,33	0,585/0,577	0,585/0,577	1,37/1,35	25
Трёхфазная мостовая	Ud=Ud0 cos б	2,34	1,05	0,33	0,577	0,817	1,05	6
Трехфазная с уравнительным дросселем	Ud=Ud0 cos б	1,17	2,09	0,167	0,29	0,29	1,26	6

Примечания: 1. Для неуправляемых выпрямителей б = 0; cosб = 1 и Ud =Ud0.

2.Для всех схем принято U2 - фазное напряжение и ха=0.

3. Соотношения для Iа действ., I2, Sтр.  указаны при Ld=0 (числитель) и Ld = ∞ (знаменатель).

6.5.  Выпрямители трёхфазного тока

6.5.1. Трехфазная схема выпрямления с нулевой точкой (трехфазная нулевая).

К сети трехфазного тока подключен трансформатор Тc, три первичные обмотки  которого могут быть соединены в звезду или треугольник, вторичные обмотки только в звезду (рис.9.3, а). Свободные концы а, b, с каждой из фаз вторичной обмотки присоединяются к анодам вентилей VD1, VD2, VD3. Катоды вентилей соединяются вместе и служат положительным полюсом для цепи нагрузки Rd, а нулевая точка 0 вторичной обмотки трансформатора - отрицательным полюсом.

Из временной диаграммы на рис.9.3, б видно, что напряжения и2а, и2ь и и2с сдвинуты по фазе на 2р/3 (град) и в течение 1/3 периода (1/3 Т ) напряжение одной фазы выше напряжения двух  других фаз относительно нулевой точки трансформатора.. Ток через вентиль ia, связанную с ним вторичную обмотку и нагрузку будет проходить в течение той трети периода, когда напряжение в данной фазе больше, чем у двух других. Работающий вентиль прекращает проводить ток тогда, когда потенциал его анода становится ниже общего потенциала катодов.

Переход тока от одного вентиля к другому (коммутация тока) происходит в момент пересечения кривых фазных напряжений (точки а, б, b и г на рис.9.3,б).

Выпрямленный ток id проходит через нагрузку Rd непрерывно (рис.9.3, в).

Напряжение на выходе выпрямителя ud в любой момент равно мгновенному значению напряжения той вторичной обмотки, в которой вентиль открыт, и выпрямленное напряжение представляет собой огибающую верхушек синусоид фазных напряжений u2ф.

При изменении вторичного напряжения по закону и2=Uмакс 2·sinщt ток каждой из фаз будет являться синусоидальной функцией

(16)

Рис. 9.3 Трехфазный выпрямитель с нулевой точкой: а-схема; б-г-диаграммы напряжений и токов на элементах.

Следовательно, анодный ток ia будет иметь форму прямоугольника с основанием 2р/3, ограниченного сверху отрезком синусоиды. На рис.9.3, г изображен ток фазы а, токи фаз b и с изображаются подобными кривыми, сдвинутыми на 2р /3 относительно друг друга.

Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе (когда на выходе выпрямителя включен только вольтметр)

Ud0=1,17·U2ф                                                                                        (17)