Однофазные двухполупериодные выпрямители.

1. С нулевым выводом трансформатора (рис. 3.5.1)

Рис. 3.5.1. Однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом трансформатора.

Эквивалентная схема для каждого полупериода – на рис. 3.4.1.

Рассмотрим работу без фильтра (К разомкнут), R_ВН= 0.

Временные диаграммы – на рис. 3.5.2.

Основные электрические параметры:

Ср. выпр.:

, (3.5.1)

. (3.5.2)

Действующее значение напряжения и тока в нагрузке:

, (3.5.3)

. (3.5.4)

Коэффициент формы:

. (3.5.5)

Амплитуда 1–й гармоники выпрямленного напряжения:

. (3.5.6)

Рис. 3.5.2. Временные диаграммы однофазного двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом трансформатора.

Амплитуда 1-й гармоники выпрямительного тока:

. (3.5.7)

Коэффициент пульсации по 1-й гармоники:

. (3.5.8)

Частота 1-й гармоники пульсаций:

, (3.5.9)

- частота сети.

Средний ток через каждый диод:

, (3.5.10)

Действующий ток через каждый диод:

, (3.5.11)

Максимальное обратное напряжение на диоде:

, (3.5.12)

Ток первичной обмотки имеет sin форму:

, (3.5.13)

и совпадает по фазе с sin –ным напряжением сети .

Коэффициент мощности:

, (3.5.14)

Внешняя характеристика – рис 3.5.3:

Рис. 3.5.3

, (3.5.15)

где

. (3.5.16)

Рассмотрим, как изменяется работа выпрямителя после включения сглаживания фильтра (К – замкнут) .

Пусть открыт VД1:

, (3.5.17)

где

, (3.5.18)

. (3.5.19)

Момент времени t₁ выключения диода, когда :

, (3.5.20)

, (3.5.21)

. (3.5.22)

Начиная с t₁ напряжение на нагрузке будет спадать по экспоненте:

. (3.5.23)

В момент t₂, когда напряжение и сравняются:

, (3.5.24)

включается VД2. Далее процесс повторяется. Временные диаграммы –

на рис. 3.5.4

Включение С увеличивает U₀, уменьшает содержание гармоник в выходном напряжении, уменьшает коэффициент пульсации. Но также уменьшает К_М.

Рис. 3.5.4. Временные диаграммы после включения сглаживания фильтра.

2. Однофазный мостовой выпрямитель.

Принципиальная схема – на рис. 3.3.1 (в).

Рис. 3.5.5. Эквивалентная схема однофазного

мостового выпрямителя.

Мостовая схема состоит из двухобмоточного трансформатора и четырёх диодов VD1…VD4, которые образуют мост.

Переменное напряжение подводится к одной диагонали моста, а нагрузка подключается к другой – между точкой соединения анодов двух других диодов (VD1, VD3) и точкой соединения анодов двух других диодов (VD2, VD4).

Одну половину периода проводят ток VD1 и VD4, а VD2, VD3 закрыты. Вторую половину периода VD2, VD3 проводят, а VD1 и VD4 выключены.

Временные диаграммы – на рис. 3.5.6.

Рис. 3.5.6. Временные диаграммы работы однофазного

мостового выпрямителя.

Основные электрические параметры такие же как и в схеме двухполупериодного выпрямителя с выводом нулевой точки трансформатора.

Ср. выпр.:

, (3.5.25)

. (3.5.26)

Действующее значение напряжения и тока в нагрузке:

, (3.5.27)

. (3.5.28)

Коэффициент формы:

. (3.5.29)

Амплитуда 1–й гармоники выпрямленного напряжения:

. (3.5.30)

Амплитуда 1–й гармоники выпрямленного тока:

. (3.5.31)

Коэффициент пульсации на 1-й гармоники:

. (3.5.32)

Частота 1-й гармоники пульсаций:

, (3.5.33)

где - частота сети.

Средний ток через каждый диод:

. (3.5.34)

Действующий ток через каждый диод:

. (3.5.35)

Максимальное обратное напряжение на диоде вдвое меньше, чем в схеме с нулевым выводом обмотки (двухполупериодной):

. (3.5.36)

Преимуществами мостовой схемы выпрямления являются более простой транформатор, содержащий только одну вторичную обмотку, и меньшие обратные напряжения на диодах. Недостатки: большее число диодов, вдвое более высокие потери.

Трехфазные выпрямители.

1. Однополупериодный трехфазный выпрямитель с нулевым выводом трансформатора.

Принципиальная схема – на рис. 3.3.1, (г).

Эквивалентная схема – на рис. 3.6.1.

Рис. 3.6.1. Эквивалентная схема трехфазного выпрямителя с

нулевым выводом трансформатора.

В каждый данный момент времени проводит только тот диод, анод которого имеет более высокий потенциал относительно нулевого вывода трансформатора (общей точки фазных э.д.с). Временные диаграммы работы – на рис. 3.6.2.

Рис. 3.6.2. Временные диаграммы работы трехфазного выпрямителя с

нулевым выводом трансформатора.

Продолжительность работы каждого вентиля составляет треть периода:

. (3.6.1)

Для активной нагрузки напряжение и ток имеют одинаковую форму и содержат три пульсации за период.

Электрические параметры.

Среднее значение выпрямленного напряжения:

. (3.6.2)

Находится как среднее за период повторяемости .

Среднее значение выпрямленного тока:

. (3.6.3)

Амплитуда 1–й гармоники пульсаций:

, (3.6.4)

где , а цифра 3 в знаменателе дроби является числом пульсаций за период.

Коэффициент пульсации на 1-й гармоники:

. (3.6.5)

Частота пульсаций 1-й гармоники:

. (3.6.6)

Среднее значение тока диода:

. (3.6.7)

Максимальное обратное напряжение на диоде:

. (3.6.8)

Равно амплитуде линейного входного напряжения.

Если учесть R_ВН (сопротивление обмотки и диода в прямом направлении), то КПД:

. (3.4.6)

2. Трехфазный мостовой выпрямитель.

Принципиальная схема – на рис. 3.3.1. (д).

Эквивалентная схема – на рис. 3.6.3., временные диаграммы работы – на рис.3.6.4.

Трехфазный мостовой выпрямитель содержит 6 диодов, соединенных в трехфазный мост. Нулевой вывод вторичной обмотки трансформатора здесь не нужен, его вторичные обмотки могут включаться и звездой и треугольником. Трансформатор может отсутствовать, нейтраль трехфазной сети не используется (преимущество).

Рис. 3.6.3. Эквивалентная схема трехфазного

мостового выпрямителя.

В проводящем состоянии одновременно находятся два диода (накрест лежащие, один из анодной группы, другой из катодной), между которыми в текущий момент времени действует в проводящем состоянии наибольшее линейное напряжение.

Интервал проводимости каждого диода составляет треть периода ( ), а интервал совместной работы двух диодов – периода ( ). За период напряжения происходит 6 переключений диодов.

Рис. 3.6.4. Временные диаграммы работы трехфазного мостового выпрямителя.

Среднее значение выпрямленного напряжения:

, (3.6.9)

или

(3.6.10)

Напряжение на нагрузке по сравнению с трехфазным выпрямителем с нулевым выводом получается вдвое больше.

Среднее значение выпрямленного тока:

. (3.6.11)

Амплитуда 1–й гармоники пульсаций:

, (3.6.12)

где цифра 6 в знаменателе дроби является числом пульсаций за период.

Коэффициент пульсации на 1-й гармоники:

. (3.6.13)

Амплитуда 1-й гармоники пульсаций всего 5.7% от U₀, в то время как для схемы нулевым выводом – 25%.

Частота пульсаций 1-й гармоники:

. (3.6.14)

Поскольку каждый диод проводит в течение трети периода, среднее значение тока диода:

. (3.6.15)

Максимальное обратное напряжение на диоде:

. (3.6.16)

Равно амплитуде линейного входного напряжения.

Кривая входного тока выпрямителя определяется током двух вентилей, подключенных к данной фазе (см. ia на рис. 3.6.4), один из них входит в анодную группу, другой в катодную.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: