Раздел: Документация
0 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 49 Регулирование способами первой группы осуществляется введением в схемы выпрямителей, регуляторов переменного тока. Эти регуляторы позволяют изменять напряжение, поступающее на полупроводниковые элементы, а следовательно, и выходное напряжение выпрямителя. Регулирование на стороне постоянного тока осуществляется включением на выходе выпрямителя регулятора постоянного тока. Выпрямители с регулирующими устройствами на стороне постоянного или переменного тока являются по существу комбинированными преобразователями," так как они помимо собственно выпрямительного устройства содержат стабилизаторы или регуляторы, которые могут рассматриваться как самостоятельные устройства преобразовательной техники (см. гл. 4). Наиболее распространенным способом регулирования является непосредственное воздействие на полупроводниковые элементы схемы выпрямления. Для этой цели используют в качестве полупроводниковых элементов, например, тиристоры. Название «управляемые выпрямители» обычно относится непосредственно к тем выпрямителям, которые собраны на тиристорах. Принципы действия схем выпрямления на тиристорах и диодах во многом подобны. Для примера рассмотрим схему, изображенную на рис. 2.2, а, заменив в ней диод VD на тиристор VS. В этом случае ток в нагрузку Rd будет поступать только с момента включения тиристора VS, определяемого моментом подачи управляющего импульса на тиристор. При этом другим необходимым условием включения тиристора является положительное значение напряжения иаЬ, когда анод тиристора имеет положительный потенциал относительно катода. В рассматриваемом случае последнее условие согласно рис. 2.2,6 будет иметь место на интервалах: 0—л; 2л—Зл; 4л—5л и др. Задерживая подачу управляющего импульса на тиристор на угол а относительно нулевого значения напряжения иаЬ (соответствующего смене полярности напряжения с отрицательной на положительную), можно изменять выпрямленное напряжение ud. Из рис. 2.2, г видно, что чем больше угол ос, тем позже включается тиристор VS и тем меньше среднее значение выпрямленного напряжения Ud (на рис. 2.2, г это соответствует уменьшению заштрихованных площадей). Очевидно, что значение угла а=0 соответствует режиму работы схемы с диодом VD (рис. 2.2, в). В дальнейшем работа схемы будет рассматриваться как частный случай режима схем управляемых выпрямителей при угле ос=0. Работа выпрямителя и его технико-экономические показатели в основном определяются схемой выпрямления. От схемы выпрямления зависят: а)форма кривой выпрямленного напряжения; б)форма кривой переменного тока, потребляемого из питающей сети; в)внешняя (или нагрузочная) характеристика, т. е. зависимость среднего значения выпрямленного напряжения Ud от среднего значения тока нагрузки Id; г)коэффициент мощности выпрямителя %; д)коэффициент полезного действия г. Форма кривых выпрямленного напряжения характеризуется их гармоническим составом. В общем виде выпрямленное напряжение Ud может быть выражено в виде суммы постоянной составляющей Ud и переменной (пульсации) и. Постоянная составляющая представляет собой среднее значение выпрямленного напряжения Ud = ~]ud{t)dt,(2.3) 1 о где Т—период повторяемости формы выпрямленного напряжения; ud(t)—мгновенное значение выпрямленного напряжения. При сравнении различных схем выпрямления используют коэффициент схемы ксх,ф характеризующий связь в неуправляемых выпрямителях между действующим значением переменного напряжения U2, поступающим на полупроводниковые элементы, и средним значением выпрямленного напряжения Ud: kcx=Ud/U2.(2.4) Основными элементами, параметры которых подлежат расчету в схемах выпрямления, являются полупроводниковые элементы и трансформатор. Исходными данными при расчете служат выпрямленные напряжение Ud и ток Id (или мощность Pd и действующее значение переменного напряжения питающей сети иг). Для выбора типа полупроводникового элемента необходимо определить максимальное Imax, среднее ITAV и действующее Itrms значения тока, протекающего через него в прямом направлении, выражаемые обычно через среднее значение выпрямленного тока Id, а также максимальные значения напряжения (обратное URmax для диодов, обратное URmax, прямое UFmax для тиристоров), выражаемые через действующее значение напряжения U2 вторичной обмотки трансформатора1. Оценка эффективности использования полупроводникового прибора в схеме иногда (например, для сравнения ряда различных схем) производится через коэффициенты использования приборов по напряжению kv и по току kt. Эти коэф- Обозначения приводятся для тиристора в соответствии с [1 ] фициенты определяются как отношения соответствующих максимального и действующего значения, к средним: uy—~~l kI = ITRUS/Id.(2.5) Параметры трансформатора в основном определяются его полной расчетной мощностью ST и коэффициентом трансформации кт. Расчетную мощность можно представить как полусумму полных мощностей первичной Si и вторичной S2 обмоток: 5г=(51 + 52)/2.(2.6) Мощности 5j и S2 определяются через действующие значения токов Л и /2 и напряжений Ui и U2 первичной и вторичной обмоток: s2-u2h.(2Л) Для более точной оценки параметров трансформатора необходимо учитывать возможное в некоторых схемах подмаг-ничивание магнитопровода трансформатора постоянной составляющей магнитного потока и наличие высших гармоник тока в его обмотках. Оценку эффективности использования трансформатора в схеме выпрямления можно производить посредством коэффициента превышения расчетной мощности трансформатора кпр, определяемого по соотношению k„P = ST/Pd„,(2.8) где PdB — номинальная мощность выхода выпрямителя. Мощность PdH в отличие от номинальной мощности Pd„, определяемой как произведение средних номинальных значений UdH и IdH, соответствует фактической мощности, выделяемой в нагрузке, и может быть вычислена по выражению 1 i P=T\udiddt,(2.9) 1 о где Т—период повторяемости пульсаций выпрямленного напряжения; ud и id — мгновенные значения выпрямленного напряжения и тока. Для идеально сглаженного выпрямленного напряжения, а следовательно, и тока в активной нагрузке значения Pin и PdH совпадают; во всех других случаях PdH>PdH. При проведении анализа схем выпрямления необходимо учитывать, что на их работу оказывает существенное влияние характер нагрузки. Различают следующие основные виды нагрузок выпрямителей (с учетом элементов выходного фильтра): активную, активно-индуктивную, активно-емкостную и нагрузку с противо-ЭДС. Активно-емкостная нагрузка наиболее характерна для маломощных выпрямителей. Кроме того, при комплексном анализе работы выпрямителя с учетом его системы регулирования различают статическую и динамическую нагрузки. Примером последней может служить двигатель постоянного тока. 2.2. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ Для большей ясности изложения принципов действия различных схем выпрямления и расчетных соотношений, характеризующих работу их элементов, сначала рассмотрим идеализированные схемы выпрямления. Идеализированными схемами называются схемы, для которых сделаны следующие допущения: а)полупроводниковые элементы идеальны, т. е. во включенном состоянии имеют равное нулю сопротивление, а в выключенном— равную нулю проводимость; б)продолжительности включения и выключения полупроводниковых элементов равны нулю; . в) сопротивления цепей, соединяющих элементы схемы, равны нулю; г) сопротивления обмоток трансформатора (активные и индуктивные), потери энергии в его магнитопроводе и намагничивающий ток также равны нулю. Учет отдельных реальных параметров схем, наиболее существенно влияющих на их работу, будет проведен в § 2.3. Электромагнитные процессы, протекающие при выпрямлении, рассматриваются для двух видов статической нагрузки: активной и активно-индуктивной, которые характерны для большей части выпрямителей средней и большой мощности. Особенности работы выпрямителей на емкостную нагрузку и нагрузку с противо-ЭДС рассматриваются в § 2.5. 2.2.1. ОДНОФАЗНАЯ ДВУХПОЛУПЕРИОДНАЯ СХЕМА СО СРЕДНЕЙ ТОЧКОЙ Однофазная двухполупериодная схема со средней точкой (с нулевым выводом) представлена на рис. 2.4. Двухполупери-одную схему также называют двухтактной или двухфазной, поскольку она выпрямляет оба полу периода напряжения. Особенностью схемы является то, что вторичные полуобмотки трансформатора относительно его средней точки создают систему напряжений, сдвинутых относительно друг друга на п. Рассмотрим работу схемы при активной (ключ К замкнут) и активно-индуктивной (ключ К разомкнут) нагрузках. Ин-  Рис. 2.4 Однофазный двухполупериод-ный выпрямитель со средней точкой Рис. 2.5. Диаграммы токов и напряжений на элементах схемы при активной нагрузке и угле а=0  дуктивности рассеяния и сопротивления обмоток трансформатора учитывать не будем. Работа схемы на активную нагрузку с углом управления а = 0. Пусть в момент ю/ = & = 0, когда потенциал точки а становится положительным по отношению к точке 0 (на схеме это соответствует знаку плюс без скобок) и, следовательно, положительным становится напряжение иа0. на тиристор VSt подается управляющий импульс. Вторичная обмотка трансформатора выполнена таким образом, что точка а соответствует началу обмотки, а точка Ь — концу. Поэтому в момент 9 = 0 потенциал точки Ь становится отрицательным по отношению к средней точке 0. Тогда в момент 9 = 0 тиристор VSV включается и напряжение иа0 оказывается приложенным к нагрузке Rd, по которой начинает протекать ток id, совпадающий с током iKS1 тиристора VSi (рис. 2.5). Значит, отрицательным становится напряжение иьо и на тиристор VS2 подается обратное (запирающее) напряжение Uvs2=ubai которое равно разности напряжений иь0 и иа0 двух полуобмоток. Напряжение иЬа оказывается приложенным к тиристору VS2 благодаря тому, что включен тиристор. Тиристор VSi будет находиться во включенном (проводящем) состоянии до тех пор, пока ток ivsu протекающий через него, не станет равным нулю. Так как нагрузка активная, то момент прохождения тока /KS1 будет совпадать с моментом спада до нуля напряжения иа0. На диаграмме рис. 2.5 этот момент соответствует 0=тс. Начиная с момента 9=тс напряжение иа0 становится отрицательным, а иьо—положительным (на рис. 2.4 полярность напряжения для этого полупериода указана в скобках), и управляющий импульс подается на тиристор VS2. В результате к нагрузке ra будет теперь приложено напряжение иьо, а ток id будет равен току iVS2 тиристора VS2. Тиристор VS выключается, и к нему прикладывается обратное напряжение иУ1 = иаЬ. Спустя полупериод, начиная с момента Э = 2тс, процесс повторяется: ток проводит тиристор VSU тиристор VS2 выключен и т. д. В результате поочередной проводимости тока одного направления тиристорами VSi и 2 на нагрузке появляется выпрямленное пульсирующее напряжение ил, содержащее постоянную и переменную составляющие (см. рис. 2.5). Среднее значение выпрямленного напряжения • [/„=-} JlU2sinШ = 2ф.1пи2=0,9и2,(2.10) п о где U2—действующее значение напряжения на полу обмотке. Из формул (2Д0) и (2.1) видно, что среднее значение выпрямленного напряжения Ud в данной схеме в 2 раза выше, чем в однополупериодной, так как напряжение прикладывается к нагрузке каждый полупериод. Соответственно в 2 раза больше будет и среднее значение выпрямленного тока: Id=Ud/Rd = (2j2ln){U2/Rd).(2.11) Основные параметры, характеризующие работу тиристоров VSi и VS2 в схеме (которые совпадают для обоих тиристоров), можно вьюазить следующими соотношениями: 1.Максимальное значение обратного напряжения на тиристоре URmax = 2U2 = 2,82U2.(2.12) 2.Максимальное значение тока тиристора ImaX = j2U2/Rd=Id=l,51Id.(2.13) 3.Среднее значение тока тиристора равно половине тока нагрузки, так как в схеме поочередно проводят ток два тиристора: /Г/СК=0,5/„.(2.14) 4.Действующее значение тока тиристора ITRUs = yjK) iLnHdh. . (2.15) 4 № 365849 0 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 49
|
