Раздел: Документация

0 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 49

На рис. 1.19,6 в качестве примера приведена зависимость относительного значения Zc. от частоты для конденсаторов типа К50-20 при температуре окружающей среды 25° С. Штриховой линией показана частотная характеристика идеального конденсатора (L3 = rs = 0).

Из приведенных зависимостей следует, что фильтрующая способность конденсаторов К50-20 начинает снижаться при частотах свыше 10 кГц, а при частотах более 20 кГц применение их становится нецелесообразным. При частотах выше указанных следует использовать конденсаторы с органическим или керамическим диэлектриком.

Если форма переменной составляющей протекающего через конденсатор тока отлична от синусоиды, то эффективность фильтрации конденсатора также изменяется. Например, при больших значениях di/dt составляющие переменного напряжения на выводах конденсатора, обусловленные индуктивностью l3, возрастают и могут значительно превышать переменную составляющую напряжения собственно на емкости Cs. 38

При воздействии на конденсаторы пульсаций напряжения несинусоидальной формы их фильтрующие и нагрузочные способности изменяются от спектрального состава этих пульсаций. Поэтому на некоторые типы оксидно-электролитических конденсаторов кроме указанных выше частотных зависимостей в технических условиях иногда приводятся номограммы, позволяющие определить допустимую амплитуду напряжения конкретной несинусоидальной формы, например трапецеидальной, в функции частоты.

Для предварительных оценок на этапах проектирования электронной аппаратуры достаточно учитывать основные, преобладающие гармоники в пульсации напряжения на конденсаторе, используя для расчетов принцип наложения. Полученные данные следует уточнять экспериментально, в частности, измеряя действующие значения токов (при помощи термоамперметров), а также температуру корпуса конденсатора и окружающей среды.

В табл. 1.2 и 1.3 приведены типы отечественных конденсаторов, используемых в преобразователях средне мощности.

Таблица 1.2. Конденсаторы переменного тока (коммутирующие и фильтровые)

Тип конденсатора	Номинальная емкость, мкФ	Номинальное действующее напряжение, В	Удельный показатель Мвар/м3
К75-10 К72-11	1 1	1000 (50 Гц) 500 (500 Гц)	1,15 1,57

Таблвда 1.3. Конденсаторы постоннного н пульсирующего токов

(фильтровые)

Тип конденсатора	Номинальная емкость, мкФ	Номинальное постоянное напряжение, В	Допустимое напряжение пульсации иа /=50 Гц	-L Допустимое напряжение пульсации на /=1000 Гц, %	Удельный показатель, Дж/дм3
К50-20 К50-18 К50-27 МБГТ	2000 22000 220 10	50 -.--50 450 750	5 5 5 20	0,5 0,5 7	36 58,2 210 6,4

---

ГЛАВА ВТОРАЯ ВЫПРЯМИТЕЛИ

2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Выпрямителем называется статический преобразователь электрической энергии переменного тока в постоянный ток. Такой преобразователь представляег собой электрический агрегат, силовая часть которого состоит в общем случае из следующих основных узлов (рис. 2.1):

а)трансформатора Тр;

б)блока полупроводниковых элементов V;

в)выходного фильтра Ф. Выпрямители обычно классифицируют: по мощности;1

по напряжению;,

по числу фаз первичной обмотки трансформатора; по схеме выпрямления;

по способу регулирования выходного напряжения.

Классификация выпрямителей по мощности и напряжению весьма условна. Обычно по мощности выделяют выпрямители: маломощные—до 1 кВт, средней мощности —до 100 к ВТ и мощные—свыше 100 кВт, а по напряжению: низкого — до 250 В, среднего — до 1000 В и высокого—свыше 1000 В.

По числу фаз первичной обмотки трансформатора выпрямители делятся на однофазные и трехфазные.

Под схемой выпрямления, как правило, понимают схему соединения полупроводниковых элементов и трансформатора.

По схеме выпрямления различают выпрямители:

с одним диодом (однофазный однополупериодный);

со средней точкой (однофазный двухполупериодный и трехфазный);

мостовые.

Отдельно выделяют класс выпрямителей с многофазной схемой выпрямления (шесть, двенадцать и более фаз вторичной обмотки трансформатора). Однако изготовление многофазных трансформаторов связано с конструктивными и технологическими трудностями, поэтому в большинстве случаев

Входное напряжение I jp (переменное) j /ОСу

4-

I

Выходное напряжение (Выпрямленное)

illI

Рис. 2.1. Структурная схема выпрямителя

IОТС2 7Г37Z jj

\ ff!K Г\ У

2л\

Ре

А

зм #

Рис. 2.2. Однофазный однополупериодный выпрямитель: а—схема; 6—диаграмма тока и напряжения на элементах схемы; в—диаграмма выпрямленного напряжения в схеме с диодом; г—диаграмма выпрямленного напряжения

в схеме с тиристором

многофазные схемы получают путем последовательного или параллельного включения трехфазных выпрямителей, имеющих разные схемы соединения обмоток трансформаторов. Такие схемы называют многофазными эквивалентными или комбинированными.

Процесс выпрямления осуществляется непосредственно полупроводниковыми элементами схемы выпрямления. Рассмотрим сущность процесса выпрямления • на примере простейшей однофазной однополупериодной схемы, именуемой иногда в литературе однофазной однотактной. Схема состоит из трансформатора Тр, диода VD, резистора Rd, являющегося активной нагрузкой* (рис. 2.2, а). На первичную обмотку трансформатора Тр от питающей сети подается переменное синусоидальное напряжение. На вторичной обмотке трансформатора будет также синусоидальное напряжение

uab=y/2U2sm tot,

где U2 — действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора;, ш—угловая частота напряжения питающей сети.

В момент времени, когда потенциал точки Ъ вторичной обмотки выше потенциала точки а (напряжение иаь отрицательно), к диоду VD приложено запирающее напряжение и ток через диод не протекает. Когда потенциал точки а вторичной обмотки становится выше потенциала точки

* Индекс d используется для обозначения элементов и основных параметров схемы на стороне постоянного тока. Этот индекс образован от английского слова direct—прямой.

---

b (эти моменты на рис. 2.2,6 соответствуют значениям 9 = <ог=0; 2к; 4л...), к аноду диода VD- подается положительное напряжение относительно катода и диод включается. В результате напряжение иаЬ оказывается приложенным к резистору Rd, через который начинает протекать ток нагрузки id. Диод будет находиться в проводящем состоянии до тех пор, пока проходящий через него ток id не снизится до нуля. Поскольку для активной нагрузки ток по- фазе совпадает с напряжением, диод VD будет выключаться, когда напряжение иаЬ станет отрицательным (на рис. 2.2,6 этим моментам соответствуют значения Э = юг = л; Зл...), ток в нагрузке прекращается, до последующего включения диода. Таким образом, на резисторе Rd будет пульсирующее напряжение ud и только одной полярности (рис. 2.2, в), или, иначе говоря, выпрямленное напряжение.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения или его среднее значение Ud равняется интегралу функции изменения этого напряжения во времени в течение периода 2л, деленному на этот период. Так как на половине периода мгновенное значение выпрямленного напряжения в данной схеме равно нулю, то интегрирование следует производить в пределах полупериода, когда диод проводит ток. В данной схеме среднее значение Ud равно

Ud = ±-]j2U2 sin = 0,45 U2.(2.1)

Геометрически среднее значение выпрямленного напряжения может быть представлено высотой прямоугольника (косая штриховка на рис. 2.2, в) с основанием, равным периоду 2л, и площадью, равной площади, которая ограничивается кривой выпрямленного напряжения на этом периоде, т. е. полуволной выпрямленного напряжения (вертикальная штриховка). Учитывая, что нагрузка активная и поэтому форма тока нагрузки повторяет форму напряжения, среднее значение тока нагрузки, т. е. выпрямленного тока, можно выразить в следующем виде:

Id=Ud/Rd = j2Ud/nRd.(2.2)

Не останавливаясь на других показателях и соотношениях, характеризующих работу схемы (поскольку она приводится только для пояснения принципа выпрямления), рассмотрим более подробно воздействие на трансформатор работы диода. Это воздействие выражается в характерном для некоторых типов выпрямительных схем явлении подмагничивания маг-нитопровода трансформатора.

Из принципа действия схемы следует, что во вторичной обмотке трансформатора Тр вследствие односторонней про-

водимости диода VD будет протекать однонаправленный (одного знака) пульсирующий ток id, содержащий постоянную составляющую Id. Так как постоянный ток согласно законам электромагнитной индукции трансформироваться не может, ток первичной обмотки гх не будет содержать постоянной составляющей. На рис. 2.3 представлены вторичный id и первичный /х токи

Рис. 2.3 Диаграммы токов в обмотках трансформатора однофазной од-нополупернодной схемы

трансформатора в предположении, что коэффициент трансформации kr=l, а ток холостого хода трансформатора равен нулю. Заштрихованные площади на диаграмме тока it равны, что и указывает на отсутствие постоянной составляющей тока. Таким образом, ток в первичной обмотке ix отличается от тока во вторичной обмотке на постоянную составляющую /,,, т. е.

Так как магнитный поток в магнитопроводе трансформатора возникает под воздействием МДС от суммы всех токов, протекающих в его обмотке, можно результирующий магнитный поток рассматривать состоящим из переменной и постоянной составляющих. Наличие постоянного магнитного потока вызывает смещение рабочих значений индукции по петле гистерезиса магнитопривода трансформатора на некоторое постоянное значение, т. е. степень насыщения трансформатора увеличивается. Последнее вызывает возрастание тока намагничивания (тока холостого хода). В результате возникает необходимость в завышении расчетной мощности трансформатора, что в конечном счете приводит к увеличению его массогабаритных показателей. На практике схема однофазного однополупериодного выпрямления из-за низких технико-экономических показателей широкого применения не получила.

По способу регулирования выходного напряжения в наиболее общем виде все выпрямители можно разделить на управляемые и неуправляемые.

В управляемых выпрямителях регулирование выходного напряжения может обеспечиваться следующими основными способами:

регулирование на стороне переменного тока; регулирование на стороне постоянного тока; регулирование непосредственным воздействием на полупроводниковые элементы схемы.

0 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 49