2.2 Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)

 Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним (нулевым) выводом вторичной обмотки трансформатора (рис. 1.3, а) применяют в низковольтных устройствах. Он позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери, но имеет более низкий коэффициент использования трансформатора и, следовательно, большие габариты по сравне­нию с однофазным мостовым выпрямителем, который рассмотрен ниже. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой.

 Необходимым элементом данного выпрямителя является трансформатор с двумя вторичными обмотками. Выпрямитель со средней точкой является по существу двухфазным, так как вторичная обмотка трансформатора со средней точкой создает две ЭДС, равные по величине, но противоположные по направлению. Таким образом, схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток относительно средней точки сдвинуты по фазе на 180º.

 Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу двухполупериодного выпрямителя со средним выводом на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентилях, представлены на рис.1.3,б.

 

Рис. 1.3. Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).

 

 Вторичные обмотки трансформатора подключены к анодам вентилей VD₁ и VD₂. Напряжения на вторичных обмотках трансформатора w₂₁ и w₂₂ находятся в противофазе. Поэтому диоды схемы VD₁ и VD₂ проводят ток поочередно, каждый в соответствующий полупериод питающего напряжения. В течение первого полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD

1 и ток i_vd1 проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w₂₁ трансформатора. В течение второго полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD₂, ток i_vd2 проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w₂₂ трансформатора, причем в цепи нагрузки ток i_d проходит в том же направлении, что и в первый полупериод.

 Таким образом, в отличие от простейшего однополупериодного выпрямителя в выпрямителе со средней точкой выпрямленный ток проходит через нагрузку в течение обоих полупериодов переменного тока, но каждая из половин вторичной обмотки трансформатора оказывается нагруженной током только в течение полупериода. В результате встречного направления м.д.с. постоянных составляющих токов вторичных обмоток i₂₁ и i₂₂ в сердечнике трансформатора нет вынужденного подмагничивания.

 Рассмотрим расчет коэффи­циента использования трансформатора по мощности для

 выпрямителя без потерь при активной нагрузке на примере двухполупериодной схемы со средней точкой.

 Выходное напряжение u_d снимается в данной схеме между средней (нулевой) точкой трансформатора и общей точкой соединения катодов обоих вентилей. Среднее напряжение на нагрузке

т.е. между средним значением выпрямленного напряжения и действующим значением существует то же соотношение, что связывает среднее и действующее значение синусоидального тока.

Среднее значение тока через нагрузку: I_{d =} U_d / R_{d .}

Поскольку ток i_d протекает через диоды поочередно, средний ток через каждый диод составит: 

I_{vd =} I_d / 2,

Обратное напряжение прикладывается к закрытому диоду, когда проводит ток другой диод.

Поскольку к закрытому диоду в этой схеме максимально прикладывается двойное амплитудное напряжение вторичной стороны, то

Величина U_d при расчете выпрямителя является заданной, поэтому находим действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

Габаритная мощность вторичных обмоток трансформатора

Габаритная мощность первичной обмотки трансформатора

S_{1 =} 

U₁ / I₁ ;               U_{1 =} U₂ / n;          I_{1 =} n I₂;

 

Коэффициент использования трансформатора по мощности в двухполупериодной схеме со средней точкой

 Таким образом, габаритная мощность трансформатора в двухполупериодной схеме со средней точкой в 1,48 раза превышает мощность в нагрузке.

7. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой трансформатора

а) б)

. Схема и временные диаграммы выпрямителя со средней точкой трансформатора

Напряжения вторичных обмоток трансформатора U₂₁, U₂₂ сдвинуты по фазе относительно средней точки на 180°. Если потенциал анода VD1 положительный, то он открыт,а VD2 – закрыт. При изменении полярности VD1 – закрывается, VD2 – открывается. В нагрузке ток

i_н имеет одинаковое направление в оба полупериода.. К закрытому диоду приложено

U_обр.max = 2U_2m

1,11U_н._ср.;

I_вмах = I_2m = 1,57 I_н. _ср.

Мощность трансформатора:

S₁ = U₁I₁ = 1, 23P_н; S₂ = 2U₂I₂ = 1,74P_н; S_T = 1,48P_н,

Коэффициент пульсации:

p=0,67

Недостаток: плохо используется 2-ая обмотка трансформатора (работает лишь одна половина).

Применяется для устройств малой мощности.

8. Мостовая схема выыпрямления однофозного переменного тока. Работа. Временные диаграммы. Расчёт. Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Основным элементом выпрямителей является полупроводниковый диод. Различают однофазные и многофазные выпрямители. Из однофазных выпрямителей наиболее широко применяет­ся мостовая схема, состоящая из четырех диодов (рис.

2)

Два диода (V₁ , V₃ ) образуют катодную группу, другие два диода (V₂ ;V₄) — анодную группу. Провода, соединяющие разноименные электроды, являются входом выпрямителя, а провода, соединяющие одноименные электроды — выходом.

Из диодов катодной группы вступает в работу тот диод, на аноде которого наиболее высокий положительный потенциал, из анодной группы — диод, у которого на катоде находится отрицательный потенциал. Этот принцип справедлив для всех схем выпрямителей. Пусть в течении полупериода (t

1 — t₂) синусоидального напряжения U₂ потенциал у точки «а» положительный, а «в» -отрицательный. Тогда диоды V₁и, V₄ окажутся открытыми, а V₃ и V₂ — закрытыми ,и ток через приемник R_h протекает по цепи: точка'»а»- V₁ — R_h — V₄ —точка «в». В другой полупериод (t₂ – t₃) потенциалы в точках «а» и «в» изменяются на противоположные,’ соответственно меняется и состояние диодов. Ток протекает по цепи: точка «в» — «- V₃ — R_h – V₂ — точка «а*. В результате при переменном напряжении на входе ток через приемник протекает в одном направлении, причем «+»выпрямителя отнимается с катодной группы, а «-» анодной.

Из анализа временных диаграмм (рис)видно, что:

Различают неуправляемые и управляемые выпрямительные уст­ройства. В неуправляемых выпрямительных устройствах для преобра­зования синусоидального тока в постоянный применяются полупро­водниковые диоды, в управляемых выпрямительных устройствах.

В трехфазных выпрямителях чаще применяется полумостовая и мостовая схемы (рис. 3,4).

В полумос­товой схеме име­ется только катод­ная группа. Входом выпрямителя являют­ся аноды диодов, а выходом — элек­троды катодной группы ( + ) и нейтральная точка трансформато­ра ( — ).

В полумос­товой схеме име­ется только катод­ная группа. Входом выпрямителя являют­ся аноды диодов, а выходом — элек­троды катодной группы ( + ) и нейтральная точ-ка трансформато­ра (‘»- ).

В момент времени t₁ на аноде диода V1 окажется самый вы­сокий потенциал от фазы α (см. рис. 3,6) поэто­му он откроется. Через открытый диод V1 этот вы­сокий потенциал попадает на като­ды соседних дио­дов V2 и V3 и переводит их в за­крытое состояние. Такое состояние сохраняется в те­чение 1/3 периода ( τ₁-τ₂ ), при этом приемник по­лучает питание от фазы «а» и находится под фазным напряжением. В момент вре­мени t₂ происходит коммутация (переключение) диодов VI на VI и питание к приемнику поступает от фазы «в» и т.д. Таким образом происходит автоматическое подключение при­емника к тем фазам источника, на которых имеется самое высокое положительное напряжение. Из анализа временных диа­грамм следует, что в проводящем состоянии диода 1пр = Iн /3 а при закрытом диод находится под линейным напряжением, при этом наибольшее значение U обр. = U_Amax =√ЗUф.max =2,34 U₂

На рис. 10.14, а показана схема трехфаз­ного выпрямителя. В каждый данный момент времени ток проводит только тот диод, который соединен с выводе той вторичной обмотки трехфазного тран­сформатора (a, b или с), напряжение на которой (и_а, и_ь или и_с) положительное и наибольшее. Кривая изменения вы­прямленного напряжения и_н совпадает с огибающей положительных полуволн напряжений вторичных обмоток (рис. 10.14,5).

Преобразователи

со средней точкой (с центральной полосой) и резистивной (R) нагрузкой

На рис. 1 показана схема двухимпульсного преобразователя средней точки с резистивной нагрузкой. В схеме двухполупериодного выпрямителя этого типа используются два тиристора. подключен к вторичной обмотке трансформатора с отводом от середины, как показано на рис. Рисунок 1. Входной сигнал подается через трансформатор на вторичную обмотку с центральным отводом.

Во время положительного полупериода переменного тока питания, т. е. когда клемма A трансформатор положителен относительно клеммы $B,$ или вторичной обмотки терминал A положительна относительно $N, \operatorname{SCR}_{1}\left(T_{1}\right)$ имеет прямое смещение и $\mathrm{SCR}_{2}$ $\left(T_{2}\right)$ имеет обратное смещение. Поскольку импульсы запуска на затворы не подаются. SCR, изначально они находятся в выключенном состоянии. Когда $\mathrm{SCR}_{1}$ срабатывает под углом открытия $\alpha$ ток будет течь от клеммы A через $\mathrm{SCR}_{1},$ резистивную нагрузку R и обратно к центральному отводу трансформатора. Этот путь тока также показан на рис.1. Этот ток непрерывно течет до угла $\pi$, когда линия напряжение меняет полярность и $\mathrm{SCR}_{1}$ отключается. В зависимости от значения $\alpha$ и параметры цепи нагрузки, угол проводимости $\mathrm{SCR}_{1}$ может быть любым значение от 0 до $\pi .$

Во время отрицательного полупериода переменного тока питания, клемма B трансформатор положителен по отношению к $N . \mathrm{SCR}_{2}$ имеет прямое смещение. Когда $\mathrm{SCR}_{2}$ при срабатывании под углом $(\pi+\alpha),$ ток будет течь от клеммы $B,$ через $\mathrm{SCR}_{2},$ резистивная нагрузка и обратно к центральному отводу трансформатора. Этот ток продолжается до угла $2\pi,$, после чего $\mathrm{SCR}_{2}$ отключается. Здесь предполагается, что оба тиристоры срабатывают с одинаковым углом открытия, следовательно, они делят нагрузку тока одинаково.

Каждая половина входной волны применяется к нагрузке. Таким образом, через нагрузки, есть два импульса тока в одном направлении. Отсюда пульсация частота на нагрузке вдвое больше частоты входного питания. осциллограммы напряжения и тока этой конфигурации показаны на рис.2. это есть из рис.2 видно, что при чисто резистивной нагрузке ток нагрузки всегда прерывистый.

Соотношение напряжения и тока определяется следующим образом

9{\frac{1}{2}}$$

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ EDIT

Шестиимпульсный преобразователь средней точки | Вторичное напряжение

Преобразовательный трансформатор преобразует существующую трехфазную систему в шестифазную, поскольку имеет шесть вторичных обмоток. Подключение шестиимпульсного преобразователя со средней точкой показано на рис. 3.32.

Тиристор с максимальным напряжением может перейти в проводимость, только если он имеет импульс запуска. Естественный момент зажигания — это точка пересечения двух фазных напряжений в последовательности фаз. С этого момента отсчитывается угол открытия тиристора. Вторичные напряжения показаны на рис. 3.32.

Осциллограммы тока и напряжения показаны на рис. 3.32 в предположении мгновенной коммутации и идеального сглаживания постоянного тока. Среднее значение постоянного напряжения на клеммах шестиимпульсного преобразователя средней точки определяется как

Путем изменения α выходное напряжение можно изменять бесступенчато. В диапазоне углов 0 < α < 90° Шестиимпульсный преобразователь средней точки работает как выпрямитель. В диапазоне углов 90° < α < 180° работает как инвертор. Существует ограничение на угол включения (< 180 °) во время инверсии из-за реактивных сопротивлений, как уже обсуждалось.

Из рис. 3.33 действующее значение тока вторичной обмотки определяется как

Действующее значение тока первичной обмотки равно

Среднее значение тока тиристора

900 Номинал вторичной обмотки

и номинал первичной обмотки

при условии, что трансформатор имеет единичный коэффициент. Расчетный номинал трансформатора

Пиковое прямое или обратное напряжение тиристора = √2В _с .

Отношение среднеквадратичного значения тока трансформатора к среднему очень велико, что является основным недостатком этого соединения. Тиристор проводит только 60° за период и блокирует оставшиеся 300°. Поэтому использование тиристора и вторичной обмотки несколько плохое.

Уровень пульсаций выходного напряжения шестиимпульсного преобразователя со средней точкой можно определить в процентах от максимального постоянного напряжения с помощью уравнения 3.13 Она составляет 4,2 % при максимальном напряжении (α = 0°, α = 180°) и 30,8 % при нулевом напряжении (α = 9°). 0°).

Индуктивность нагрузки, которая служит для сглаживания выходного напряжения и снижения вероятности прерывистой проводимости, определяется уравнением

индуктивность.

Порядок гармоник, присутствующих во входном токе: 5, 7, 11, 13 и т. д. Их интенсивность составляет 20 % для 5-й, 14,29 %, для 7-й гармоники и т. д. Суммарное эффективное значение действующего значения тока в вход в процентах от основного тока составляет 104,72% и g1 = 0,955.

Характеристики преобразователя по коэффициенту мощности и реактивной мощности аналогичны характеристикам 3-импульсного преобразователя. Основной коэффициент смещения равен косинусу угла открытия, а коэффициент мощности равен g _i cos α. Преобразователь средней точки с шестью импульсами обеспечивает лучшую производительность, чем преобразователь с тремя импульсами.

Влияние перекрытия на напряжение на клеммах, содержание гармоник и предел инвертора такое же, как и в случае трехимпульсного преобразователя.