Трехфазная нулевая схема выпрямления

 

Трехфазные выпрямители применяют в устройствах большой и средней мощности.

К фазам А, В и С последовательно подключены диоды В₁, В₂ и В₃, катоды которых соединены в общую точку «К». Между нейтральной точкой «N» и общей «К» включена нагрузка R. (рис.63)

Работа каждой фазы протекает поочередно. Ток через каждый диод проходит только тогда, когда напряжение в данной фазе выше напряжений в двух других фазах. Это возможно всего в течение 1/3 периода. Например, когда напряжение фазы Uа положительно и максимально, диод B₁ открыт, а два других диода заперты.

Рис.63. Трехфазная нулевая схема выпрямления

 

Ток фазы А проходит через В₁ и сопротивление R. Выпрямленное напряжение в эту треть периода равно напряжению фазы А. В следующую треть периода диод В₁ закрывается, а В₂ открывается, фаза В подключается к нагрузке R и т.д. В этой схеме каждая фаза работает 1/3 периода, а 2/3 периода диод закрыт обратным напряжением. Среднее значение выпрямленного напряжения:

, (88)

где -действующее значение фазного напряжения.

Кривые выпрямленного тока и напряжения приведены на рис.64.

Рис.64. Выпрямленный ток и напряжение

Достоинства трехфазной нулевой схемы:

1. Применение схемы позволяет создать равномерную нагрузку на все три фазы

2. Уменьшить пульсацию выпрямленного напряжения.

3. Повысить коэффициент мощности

4. По сравнению с однофазной и двухфазной схемами достоинством является непрерывность тока нагрузки.

Недостатком схемы является наличие постоянной составляющей тока фаз, что приводит к подмагничиванию магнитопровода трансформатора, из-за чего увеличивается намагничивающий ток и ограничивается применение этих схем в мощных установках. Также недостатком является большое обратное напряжение на диодах.

Узнать еще:

Сравнение схем включения мощных преобразователей постоянного тока

Построение преобразователей большой мощности производится по тому же принципу что и маломощных. Существенная разница заключается лишь в том, что при питании преобразователей большой мощности осуществляется от трехфазных цепей переменного тока. Это обусловлено лучшими энергетическими показателями трехфазной сети по сравнению с однофазной для выпрямителей.

Трехфазная нулевая схема

Давайте начнем знакомство с мощными выпрямителями с трехфазной нулевой схемой включения. Она показана ниже:

При данном типе включения ток будет проходить только через ту  вторичную обмотку, на которой напряжение будет наибольшим в данный момент. Если допустить что диоды идеальные, то падение напряжения на них равно нулю, а это значит что при работе фазы с наибольшим напряжением на катоде положительный потенциал будет приложен к анодам других диодов, что делает физически невозможным протекания тока через них. Поэтому в каждый промежуток времени в течении электрических градусов будет работать только одна из фаз и выпрямленное напряжение будет иметь вид верхушек синусоид с трехфазными пульсациями. Таким образом у такого типа выпрямителя пульсность равна трем – m=3.

Коэффициент пульсаций для данного случая будет равен  . Это значит что коэффициент пульсаций для данной схемы значительно ниже чем для однофазной, где он равен 0,67.

Среднее значение выпрямленного напряжения будет равно:

Откуда можем получить:

Схема соединения «зигзаг»

Значительным недостатком трехфазных нулевых схем является то, что сердечник магнитопровода при его работе будет намагничен постоянным магнитным потоком, в следствии чего в каждой вторичной обмотке будет протекать ток, направленный только в одну сторону. Это довольно сильно ухудшает работу трансформатора и требует завышения поперечного сечения сердечника. Чтобы избежать этого недостатка вторичную обмотку трансформатора могут выполнять по так называемой схеме «зигзаг». Она приведена ниже:

При таком соединении ток каждой фазы проходит по двум обмоткам, которые принадлежат различным сердечникам и соединены таким образом, что в каждом сердечнике магнитные потоки направлены встречно и уничтожают друг друга. Но при этом вторичное напряжение формируется двумя обмотками, как указано на векторной диаграмме:

Алгебраическая сумма напряжений которых в больше той, которая прикладывается к диодам. Такое соединение приводит к увеличению мощности трансформатора и усложняет его изготовление.

Схема Ларионова или мостовая схема

Можно сделать вывод что ни нулевая схема соединения, ни зигзаг не есть достаточно универсальными схемами и обладают достаточно весомыми недостатками. Поэтому более совершенной как в выпрямителях однофазных, так и трехфазных стала схема Ларионова или как ее еще называют мостовая схема, которая показана ниже:

В мощных выпрямителях нагрузка как правило носит индуктивный характер из – за применения сглаживающих дросселей. При этом ток почти полностью сглажен:

Как видим из диаграммы ток в нагрузке будет проходить под действием линейного напряжения вторичных обмоток трансформатора последовательно через два диода моста. При этом обмотка каждой из фаз будет работать последовательно с обмоткой той фазы, по отношению к которой линейное напряжение будет в данный момент самым большим. Как мы можем убедится из диаграммы приведенной выше, что эти условия для прохождения тока будут повторятся шесть раз за период, то есть данная схема будет иметь шестифазные пульсации (m=6) с амплитудой . Каждая из вторичных обмоток трансформатора будет проводить ток треть периода в обеих направлениях. Таким образом токи вторичных напряжений изменяются и намагничивание сердечника постоянным магнитным потоком отсутствует. Токи первичной обмотки повторяют действия вторичной с учетом коэффициента трансформации.

Рассмотрим более подробно показатели этой системы:

• Действующее напряжение вторичной обмотки:

Поскольку амплитуда выпрямленного напряжения равна , а m=6 :

• Коэффициент трансформации будет иметь вид:

• Среднее значение выпрямленного тока: I_d (допускаем что ток полностью сглажен)
• Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора:

• Действующее значения тока первичной обмотки:

• Мощность трансформатора:

• Коэффициент пульсаций:

• Средний ток диодов:

• Наибольшее обратное напряжение на диоде:

Для каждого диода, как и в нулевой схеме, приложенное линейное напряжение . Но соответственно к выпрямленному напряжению U_d в этом случае:

Трехфазная нулевая схема — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Трехфазная нулевая схема

Cтраница 3

На рис. 6.9 о приведена трехфазная нулевая схема выпрямления. При ее выполнении на тиристорах получается управляемый выпрямитель, при замене тиристоров на диоды — неуправляемый. Нагрузка включается между нулем звезды, образованной вторичными обмотками трансформатора н катодами вентилей.  [31]

Преобразовательные агрегаты малой мощности имеют трехфазную нулевую схему.  [32]

Для преобразовательных агрегатов применяют: трехфазную нулевую схему, шестифазную нулевую схему с уравнительным реактором и трехфазную мостовую схему преобразования. Преобразовательные агрегаты малой мощности имеют трехфазную нулевую схему.  [33]

Некоторые схемы преобразователей ( например, трехфазная нулевая схема с объединенными обмотками питания и уравнительными реакторами) предъявляют более жесткие требования к равенству интервалов, через которые следуют импульсы. В этом случае возникает необходимость в более точном симметрировании фронтов отпирающих импульсов.  [34]

На рис. 6.9, а приведена трехфазная нулевая схема выпрямления. При ее выполнении на тиристорах получается управляемый выпрямитель, при замене тиристоров на диоды — неуправляемый. Нагрузка включается между нулем звезды, образованной вторичными обмотками трансформатора и катодами вентилей.  [35]

Катодная группа вентилей повторяет режим работы трехфазной нулевой схемы. В анодной группе в данную часть периода работает тот вентиль, у которого катод имеет наиболее отрицательный потенциал по отношению к общей точке анодов.  [36]

Рассмотрим форму напряжения и тока для трехфазной нулевой схемы включения тиристоров, показанной на рис. 4.12, а, с учетом индуктивности рассеяния, приведенной к вторичной обмотке трансформатора, и значительной индуктивности сглаживающего реактора Ld, при которой ток можно считать идеально сглаженным.  [38]

При соединении вентилей тиристорного преобразователя по трехфазной нулевой схеме расчет параметров тиристоров и трансформатора ведется по приведенной выше методике.  [39]

Рассмотрим более подробно это явление на примере трехфазной нулевой схемы ( рис. 2.76, а), работающей при указанных идеализированных условиях. По первичной обмотке трансформатора также проходят токи iu, ilB и ilc прямоугольной формы. Однако распределение этих токов по отдельным фазам неравномерно.  [40]

Рассмотрим более подробно это явление на примере трехфазной нулевой схемы выпрямителя ( см. рис. 2 — 39, а), работающей при указанных выше идеализированных условиях.  [42]

Вариант системы электропривода с ионным преобразователем, выполненным по

трехфазной нулевой схеме с искусственной коммутацией, приведен на рис. 6 — 24 а. Здесь ионный преобразователь ИП, кроме главных управляемых вентилей /, 2, 3, имеет также дополнительное звено, состоящее из коммутирующего конденсатора С, вспомогательного вентиля 4 и зарядного реактора хэ.  [44]

Для расчета восстанавливающегося напряжения в испытательных установках, собранных по трехфазной нулевой схеме, может быть использован метод симметричных составляющих.  [45]

Страницы:      1    2    3    4    5

Однофазные схемы выпрямления — Студопедия

При небольшой мощности нагрузки (до нескольких сотен ватт) преобразование переменного тока в постоянный осуществляют с помощью однофазных выпрямителей, питающихся от одно­фазной сети переменного тока. Такие выпрямители предназначе­ны для питания постоянным током различных устройств про­мышленной электроники, обмоток возбуждения двигателей постоянного тока небольшой и средней мощности и т.д.

Однофазная однополупериодная схема выпрямления

Сущность процесса выпрямления рассмотрим на примере простейшей однофазной однополупериодной (однотактной) схемы выпрямления. В этой схеме (рисунок 76) трансформатор имеет одну вторичную обмотку, напряжение u

2которой изме­няется по синусоидальному закону. Ток в цепи нагрузки проходит только в положительные полупериоды, когда точка а вторичной обмотки, к которой присоединен анод вентиля V1, имеет положительный потенциал относительно точ­ки b, к которой через нагрузку присоединен катод.

В результа­те напряжение u₂оказывается приложенным к резистору R_d, через который начинает протекать ток нагрузки i_d.

Поскольку при активной нагрузке ток по фазе совпадает с напряжением, вентиль V1 будет пропускать ток до тех пор, пока напряжение u₂ не снизится до нуля. В отрицательные полупериоды (интервал времени t

1 – t₂ на рис. 76) к вентилю V1 прикладывается все напряжение источника U₂. Оно является для диода обрат­ным, и он будет закрыт.

Таким образом, на резисторе R_d будет пульсирующее напря­жение u_dтолько одной полярности, т.е. выпрямленное напряжение, которое будет описываться положительными полуволнами напряжения u₂ вторичной обмотки трансформато­ра Т. Ток в нагрузке i_d проходит в одном направлении, но име­ет также пульсирующий характер и представляет собой выпрямленный ток.

Рисунок 76 — Однофазный однополупериодный выпрямитель: схема и диаграммы напряжений и токов на элементах схемы

Выпрямленные напряжения u_dи ток i_d содержат постоянную (полезную) составляющую U_d, I_d и переменную составля­ющую (пульсации). Качественная сторона работы выпрямителя оценивается соотношениями между полезной со­ставляющей и пульсациями напряжения и тока. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет 1,57.

Для однополупериодной схемы справедливы следующие соотношения между напряжениями, токами и мощностями в отдельных элементах вы­прямителя по отношению к соответствующим средним значениям на нагрузке.

Среднее за период значение выпрямленного напряжения при идеаль­ных вентилях и трансформаторе

U_d = 0,45 U₂

Максимальное значение обратного напряжения на вентиле

U_обр.max = √2U₂ = 3,14U_d

где U₂ — действующее значение напряжения вторичной обмотки тран­сформатора Т

Среднее значение тока, протекающего через вентиль и нагрузку

I_в.ср= I_d= I_m/π,

где I_m = U_m/R_d — амплитуда тока цепи.

Действующее значе­ние тока цепи

I₂ = I_m /2

Таким образом, в однополупериодной схеме выпрямления среднее значение выпрямленного тока в π раз меньше его амплитуды, а действу­ющее значение — в 2 раза меньше амплитуды тока.

Средняя мощность, отдаваемая в нагрузку, определяется

P_d = U_dI_d

Расчетную (типовую) мощность S_т трансформатора, определяющую его габариты, можно представить как полусумму расчетных мощностей первичной S₁ = U₁I₁ и вторичной S₂ = U₂I₂ обмоток, т.е.

S_т = (S₁ + S₂) /2 = 3,09P_d

Следовательно, расчетная мощность трансформатора, работающего на выпрямитель, больше мощности в нагрузке в 3,09 раза, так как во вто­ричной обмотке проходит несинусоидальный ток, имеющий постоянную и переменные составляющие, а в первичной обмотке кроме тока основной частоты f₁— токи высших гармоник. По отношению к сети питания эти токи являются реактивными и, не создавая полезной мощ­ности, лишь нагревают обмотки трансформатора выпрямителя. Наличие во вторичной обмотке постоянной составляющей тока I_d увеличивает степень насыщения магнитпровода трансформатора, что вызывает воз­растание тока холостого хода, и как следствие этого возникает необхо­димость в завышении расчетной мощности трансформатора.

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определяется формулой

I₂ = 1,57I_d

Действующее значение напряжения вторичной обмотки

U₂ = 2,22U_d

Действующее значение тока первичной обмотки с учетом коэффициен­та трансформации трансформатора n = U₁/U₂равно

I₁ = I₂/n

Недостатки этой схемы выпрямления следующие: плохое ис­пользование трансформатора, большое обратное напряжение на вентилях, большой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.

Достоинства выпрямителя: простота схемы и пи­тающего трансформатора; применяется только один вентиль или одна группа последовательно соединенных вентилей.

Двухполупериодная однофазная схема со средней точкой

Схема (рис. 77) состоит из трансформатора Т, имеющего одну первичную и две последовательно соединенные вторичные обмотки с выводом общей (нулевой) точки у этих обмоток. Коэффициент трансформации nопределяется отноше­нием U₁/U₂,где U₂ — напряжение каждой из вторичных обмо­ток (фазные напряжения), сдвинутые относительно друг друга на 180°.

Свободные концы вторичных обмоток а и Ь присоединяются к анодам вентилей V1 и V2, катоды которых соединяются вместе. Нагрузка R_dвключается между катодами вентилей, ко­торые являются положительным полюсом выпрямителя, и нуле­вым выводом 0 трансформатора, который служит отрицатель­ным полюсом.

Рисунок 77 — Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой: схема и диаграммы напряжений и токов на элементах схемы

Вентили в этой схеме, как и вторичные обмотки трансформа­тора, работают поочередно, пропуская в нагрузку ток при по­ложительных значениях анодных напряжений u_2a и u_2b.

Действительно, при изменении напряжения в точках а и b, в тот полупериод, когда напряжение в обмотке 0а положительно, ток проводит вентиль V1, анод ко­торого положителен по отношению к катоду, связанному через резистор R_dс точкой 0 вторичных обмоток. Анод вентиля V2, так же как вывод b обмотки 0b, в этот полупериод (t₀-t₁) отрицателен по отношению к нулевому выводу 0 и, следователь­но, тока не пропускает.

В следующий полупериод (интервал времени t₁-t₂ на рис. 77), когда напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора изменяют свою полярность на обратную, ток бу­дет пропускать вентиль V2. Врезультате к нагрузке R_dбудет те­перь приложено напряжение u_2b, а ток i_d будет равен току i_в2 вентиля V2. Вентиль V1 выключится, так как к нему будет при­ложено обратное напряжение. Спустя полупериод, начиная с момента времени t₂, процесс повторяется: ток будет прово­дить вентиль V1, а вентиль V2 выключится и т.д.

Ток i_dв нагрузке все время течет в одном направлении — от катодов вентилей к нулевой точке 0 вторичных обмоток тран­сформатора, и на резисторе R_d появляется выпрямленное пуль­сирующее напряжение u_d содержащее постоянную и перемен­ную составляющие.

Для однофазной нулевой схемы справедливы следующие соотношения между напряжениями, токами и мощностями в отдельных элементах вы­прямителя.

Среднее значение выпрямленного напряжения

U_d = 0,9U₂,

где U₂ — действующее значение напряжения на вторичной полуобмотке,

U₂ = 1,11 U_d

Среднее значение выпрямленного тока в нагрузке

I_d = U_d/R_d

Среднее значение тока через каждый вентиль в 2 раза меньше тока I_d, проходящего через нагрузку, т.е.

I_в.ср = 0,5I_d

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

I₂ = 1,57 I_в.ср

Вентиль, не работающий в отрицательную часть периода, оказывается под воздействием обратного напряжения, равного двойному фазному напряжению 2U₂. Максимальное значение обратного напряжения

U_обр.max = 2√2U₂ = 3,14U_d

Действующее значение тока первичной обмотки с учетом коэффи­циента трансформации n,выраженное через ток I_d,

I₁ = √2 I₂/n = 1.11 I_d/n

Расчетные мощности обмоток трансформатора определяют по произ­ведениям действующих значений токов и напряжений: S₁ = U₁I₁ = 1,23 P_d и S₂ = 2U₂I₂⁼ 1,74P_d, а типовую мощность — как полусум­му мощностей S₁ и S₂, т.е.

S_T = (S₁ + S₂)/2 = 1,48P_d

Оценка качества выпрямленного напряжения производится посредством коэффициента пульсации, который представляет собой отношение амплитуды первой (основной) гармонической U_d1m, как наибольшей из всех остальных к среднему значению напряжения U_dи определяется по формуле

q = U_d1m / U_d = 2/(m² -1)

где m — число фаз выпрямления, т.е. число полуволн выпрям­ленного напряжения, приходящихся на один период переменно­го тока, питающего выпрямитель.

Для рассматриваемой схемы частота первой гармоники пуль­сации f_n1 = 2f_c при частоте питающей сети f_c = 50 Гц состав­ляет 100 Гц. Подставляя в последнею формулу m = 2, определяем коэффици­ент пульсации: q = 0,67.

Однофазная мостовая схема

Состоит из трансформатора Т сдвумя обмотками и четырех диодов V1 — V4, соединенных по схеме моста (рисунок 78, а). К одной диагонали моста (точки 1,3) присоединяется вторичная обмотка, а в другую (точки 2, 4) включается нагрузка R_d. Общая точка катодов вентилей V1 и V2 является положительным полюсом выпрямителя, а отрица­тельным — точка связи анодов вентилей V3 и V4.

Вентили в этой схеме работают парами поочередно. В положи­тельный полупериод напряжения u₂ соответствующая поляр­ность которого обозначена без скобок, проводят ток вентили V1 и V3, а к вентилям V2 и V4 прикладывается обратное напряжение, и они закрыты. В отрицательный полупериод напря­жения u₂ будут проводить ток вентили V2 и V4, а вентили VI и V3 закрыты и выдерживают обратное напряжение u_обр = u₂.

Рисунок 78 — Однофазный мостовой выпрямитель:

а — схема включения; б и в — временные диаграммы напряжений и токов на элементах схемы

Далее указанные процессы периодически повторяются. Диаг­раммы токов и напряжений на элементах схемы (рис. 78, в) будут такими же, как для однофазного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Ток i_dвнагрузке проходит все время в одном направле­нии — от соединенных катодов диодов VI и V2 к анодам дио­дов V3 и V4. Ток I₂ во вторичной обмотке трансформатора (рисунок 78, 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 i₁ в первичной обмотке трансформатора также синусоидальный.

Средние значения выпрямленного напряжения U_dи тока I_в.ср через вентиль в этой схеме получаются такими же, как и в двухполупериодной схеме с нулевой точкой.

Обратное напряжение, приложенное к закрытым вентилям, определяется напряжением U₂вторичной обмотки трансформа­тора, так как не работающие в данный полупериод вентили ока­зываются присоединенными ко вторичной обмотке трансформа­тора Т через два других работающих вентиля, падением напря­жения в которых можно пренебречь. Следовательно,

U_обр.max = √2U₂ = 1,57U_d

Токи во вторичной и первичной обмотках трансформатора определяются по формулам

I₂ = U₂/R_d I₁ = I₂/n

Типовая мощность трансформатора

S_T = 1,23P_d

На рисунке 79 также представлена однофазная мостовая схема, аналогичная рассмотренной. Чаще всего именно так изображается мостовое включение выпрямительных диодов.

 

Рисунок 79 – Схема однофазного мостового выпрямителя

Сравним достоинства двухполупериодных однофазных схем выпрямления.

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) Амплитуда обратного напряжения на вентилях в 2 раза меньше, чем в нулевой схеме.

2) Вдвое меньше напряжение (число витков) вторичной обмотки трансформатора при одинаковых значениях напряжения U_d

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

4) 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 значению для по­лучения необходимого напряжения U_dи не требуется изоляции цепи выпрямленного тока от питающей сети.

Трёхфазные схемы выпрямления

Питание постоянным током потребителей средней и большой мощности производится от трехфазных выпрямителей, применение которых снижает загрузку вентилей по току, уменьшает коэффициент пульсаций и повы­шает частоту пульсации выпрямленного напряжения, что облег­чает задачу его сглаживания.

Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом (или трехфазная нулевая)

К сети трехфазного тока подключен тран­сформатор Т, три первичные обмотки которого могут быть сое­динены в звезду или треугольник, вторичные обмотки — только в звезду (рисунок 80, а). Свободные концы а, Ь, с каждой из фаз вторичной обмотки присоединяются к анодам вентилей VI, V2, V3. Катоды вентилей соединяются вместе и служат положи­тельным полюсом для цепи нагрузки R_d, а нулевая точка 0 вторичной обмотки трансформатора — отрицательным полюсом.

Рисунок 80 — Трехфазный выпрямитель с нулевой точкой:

а — схема соединения обмоток трансформатора и вентилей;

6 — г- диаграммы напряжений и токов на элементах

Из временной диаграммы на рисуноке 80 видно, что напряжения u_2a,u_2b,u_2с сдвинуты по фазе на одну треть периода (Т/3или 120°) и в течение этого интервала напряжение одной фазы выше напряжения двух других фаз относительно нулевой точки трансформатора. Ток через вентиль, связанную с ним вторич­ную обмотку и нагрузку будет протекать в течение той трети периода, когда напряжения в данной фазе больше, чем в двух других. Работающий вентиль прекращает проводить ток тогда, когда потенциал его анода становится ниже общего потенциала катодов, и к нему прикладывается обратное напряжение.

Переход тока от одного вентиля к другому (коммутация то­ка) происходит в момент пересечения кривых фазных напряже­ний (точки а, б, в и г на рис. 80, б). Выпрямленный ток i_dпроходит через нагрузку R_d непрерывно (рис. 80, в).

Напряжение u_dна выходе выпрямителя в любой момент вре­мени равно мгновенному значению напряжения той вторичной обмотки, в которой вентиль открыт, и выпрямленное напряже­ние представляет собой огибающую верхушек синусоид фазных напряжений u_2ф трансформатора Т.

Следовательно, анодный ток будет иметь форму прямо­угольника с основанием Т/3, ограниченного сверху отрезком си­нусоиды. На рисунке 80, г изображен ток фазы а, токи фаз б и с изображаются подобными кривыми, сдвинутыми на 120° от­носительно друг друга.

Для трехфазной нулевой схемы выпрямления характерны следующие соотношения между напряжениями, токами и мощностями в отдельных элементах выпрямителя.

Среднее значение выпрямленного напряжения

U_d = 1,17U_2ф,

где U_2ф — действующее значение фазного напряжения на вторичной об­мотке трансформатора.

Выпрямленное напряжение u_dсодержит постоянную составляющую U_dи наложенную на нее переменную составляющую, имеющую трехкратную частоту по отношению к частоте сети. Коэффициент пульса­ций напряжения на выходе выпрямителя

q = 2/(m² -1) = 2/(3² -1) = 0,25

Обратное напряжение U_обр приложенное к неработающему вентилю, равно междуфазному (линейному) напряжению вторичных обмоток тран­сформатора, так как анод закрытого вентиля присоединен к одной из фаз, а катод через работающий вентиль присоединен к другой фазе вто­ричной обмотки Т. На рисунок 80, г показана кривая обратного напряжения U_обр между анодом и катодом вентиля V1.

Максимальное значение U_обр равно амплитуде линейного напряжения на вторичных обмотках трансформатора, т.е.

U_обр.max = √3 √2 U_2ф = 2,09U_d

Каждый вентиль в данной схеме работает 1 раз за период в течение Т/3. Следовательно, среднее значение тока через вентиль в 3 раза меньше тока нагрузки, т.е.

I_в.ср = (1 /3)I_d

Действующее значение токов во вторичной обмотке I₂ и вентиля I_в,д определяется формулой

I₂ = I_в,д = √3I_в.ср = 0,585 I_d

Таким образом, в данной схеме токи вторичных обмоток имеют пуль­сирующий характер и содержат постоянные составляющие.

Среднее значение тока через каждый вентиль в 3 раза меньше тока I_d

I_в.ср = 0,33I_d

При одинаковом числе фаз первичной и вторичной обмоток трансфор­матора и одинаковых схемах соединения обмоток (звез­да-звезда) действующее значение первичного фазного тока I₁меньше при­веденного значения вторичного фазного тока I₂, так как в кривой тока первичной обмотки отсутствует постоянная составляющая, которая не трансформируется, т.е.

I₁ ≈ 1/n 0,47I_d

Поочередное прохождение однонаправленных токов по вторичным об­моткам трансформатора, которые не полностью компенсируются токами первичной обмотки, создает в стержнях сердечника поток Ф_о одного на­правления, значение которого составляет 20-25% основного магнитно­го потока Ф_в трансформатора и который изменяется с тройной частотой в соответствии с пульсацией анодного тока.

На­личие потока однонаправленного или вынужденного подмагничивания Ф_о в сердечнике приводит к увеличению тока холостого хода, в резуль­тате чего сердечник трансформатора насыщается, а в стальной арматуре возникают дополнительные тепловые потери. Помимо насыщения сердеч­ника трансформатора такой поток приводит к значительному возраста­нию падения напряжения в обмотках, что вызывает резкое уменьшение среднего значения выпрямленного напряжения.

Устранить эти нежелательные явления можно либо увеличением сече­ния сердечника трансформатора, а следовательно, и типовой мощности трансформатора, либо уменьшением амплитуды основного потока Ф_в. При заданной мощности трансформатора это приводит к увеличению раз­меров магнитной системы и влечет за собой повышение не только массы стали, но и массы обмоток трансформатора, поскольку с повышением пе­риметра сечения сердечника растет и средняя длина витка у обмоток.

Типовая мощность трансформатора при соединении вторичных обмо­ток в звезду

S_т = (S₁ + S₂) /2 = 1,35P_d

Трехфазная мостовая схема выпрямления

Выпрямитель в данной схеме состоит их трансформатора, первичные и вторич­ные обмотки которого соединяются в звезду или треугольник, и шести диодов, которые разделены на две группы (рис. 81, а):

1) катодную, или нечетную (диоды V1, V3 и V5), в которой электрически связаны катоды вентилей и общий вы­вод их является положительным полюсом для внешней цепи, а аноды присоединены к выводам вторичных обмоток тран­сформатора;

2) анодную, или четную (диоды V2, V4 и V6), в ко­торой электрически связаны между собой аноды вентилей, а катоды соединяются с анодами первой группы.

Общая точка связи анодов является отрицательным полюсом для внешней цепи. Нагрузка подключается между точками соединения катодов и анодов вентилей, т.е. к диагонали выпрямленного моста.

Катодная группа вентилей повторяет режим работы трехфаз­ной нулевой схемы. В этой группе вентилей в течение каждой трети периода работает вентиль с наиболее высоким потенциа­лом анода (рис. 81, 6). В анодной группе в данную часть периода работает тот вентиль, у которого катод имеет наиболее отрица­тельный потенциал по отношению к общей точке анодов.

Вентили катодной группы открываются в момент пересече­ния положительных участков синусоид (точки а, 6, в и г на рис. 81, 6), а вентили анодной группы — в момент пересечения отрицательных участков синусоид (точки к, л, м и н). Каждый из вентилей работает в течение одной трети периода (Т/3, или 2π/3).

Рисунок 81 — Трехфазная мостовая схема выпрямителя:

а — схема соединения элементов; б — в-временные диаграммы на­пряжений и токов

При мгновенной коммутации тока в трехфазной мостовой схеме в любой момент времени проводят ток два вентиля — один из катодной, другой из анодной группы, при этом любой вентиль одной группы работает поочередно с двумя вентилями другой группы, соединенными с разными фазами вторичной обмотки (рис. 81, г и д). Иными словами, проводить ток будут те два накрест лежащих вентиля выпрямительного моста, между которыми действует в проводящем направлении наибольшее линейное напряжение u_2л. Например, на интервале времени t₁ – t₂ток проводят вентили V1, V6, на интервале t₂ — t₃—вен­тили V1, V2, на интервале t₃ – t₄ — вентили V3, V2 и т.д. Та­ким образом, интервал проводимости каждого вентиля состав­ляет 2π/3, или 120° (рис. 81, е), а интервал совместной ра­боты двух вентилей равен π/3, или 60°. За период напряжения питания Т = 2πпроисходит шесть переключений вентилей (шесть тактов), в связи с чем такую схему выпрямления часто называют шестипульсной.

Следует отметить, что нумерация вентилей в данной схеме не носит случайный характер, а соответствует порядку их вступле­ния в работу при условии соблюдения фазировки трансформа­тора. Через каждую фазу трансформато­ра ток i₂ будет проходить в течение 2/3 периода: 1/3 периода — положительный и 1/3 — отрицательный. Ток i_dв нагрузке все время проходит в одном направлении. Контур тока нагрузки при открытых вентилях V1 и V6 показан на схеме (рис. 81, а) тонкой черной линией.

Выпрямленное напряжение u_d в этой схеме описывается верх­ней частью кривых междуфазных (линейных) напряжений (рис. 81, е). Частота пульсаций кривой u_d равна 6f₁,коэффи­циент пульсаций напряжения на выходе выпрямителя

q = 2/(m² -1) = 2/(6² -1) = 0,25= 0,057

Обратное напряжение на закрытом вентиле определяется разностью потенциалов его катода и анода. Максимальное зна­чение обратного напряжения на вентиле в трехфазной мостовой схеме равно амплитуде линейного напряжения вторичной обмот­ки трансформатора, т.е. U_o6p.max = √2 U_2л = 1,05 U_d.При открытом состоянии двух вентилей выпрямительного моста другие четы­ре вентиля закрыты приложенным к ним обратным напряже­нием. Выпрямленный ток i_d при работе на чисто активную нагруз­ку полностью повторяет кривую напряжения u_d.

Напряжение на нагрузке по сравнению с трехфазной схемой с нулевым выводом получается вдвое большим. Это объясняется тем, что трехфазная мостовая схема выпрямителя представляет собой как бы две трехфазные схемы с нулевым выводом, выходы которых вклю­чены последовательно. Это сокращает число витков вторичных обмоток трансформатора и снижает требования к изоляции.

U₂ = π/3√6 = 0,425U_d

Среднее значение тока через каждый вентиль в 3 раза меньше тока I_d

I_в.ср = 0,33I_d

Токи во вторичной и первичной обмотках трансформатора определяются по формулам

I₂ = I_в,д = √(2/3) = 0,585I_d I₁ = I₂/n

Типовая мощность трансформатора

S_T = π/3 P_d = 1,045P_d

3.0.Управляемые выпрямители и ведомые сетью инверторы.

Управляемые выпрямители служат для преобразования энергии переменного тока, которая потребляется из сети, в энергию постоянного тока, подводимую к нагрузке. Эти преобразователи обратимы, и, при определенных условиях, могут быть переведены в режим преобразования энергии постоянного тока, вырабатываемой в нагрузке, в энергию переменного тока, отдаваемую в питающую сеть.

3.1.Общая характеристика схем управляемых

выпрямителей.

В электроприводе постоянного тока находят применение преобразователи со следующими принципиальными электрическими схемами:

3.1.1.Однофазная однополупериодная схема.

Рис 7

Эта схема является самой простой и требует для своей реализации минимальное количество вентилей. Однако, она обладает большим числом недостатков, и, поэтому, в электроприводе используется редко.

Из недостатков нужно отметить следующие:

1. В схеме имеют место повышенные пульсации напряжения и тока нагрузки вследствие низкой их частоты, равной частоте сети, а также, вследствие прерывистости напряжения и тока.

2. Схема загружает только одну из фаз трехфазной питающей сети, создавая, тем самым, асимметрию в загрузке фаз и, значит, асимметрию трехфазного питающего напряжения.

3. Схема создает асимметрию в загрузке “внутри” питающей фазы: работающая фаза загружается только в одну из полуволн питающего напряжения.

3.1.2. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления.

На рисунке приведена однофазная мостовая схема, являющаяся схемой двухполупериодного выпрямления.

Частота пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке здесь в два раза выше, чем в однополупериодной схеме.

Соответственно, снижены пульсации тока. Как и в предыдущем случае, при использовании этой схемы загружается только одна из фаз трехфазной сети питающего напряжения, что также создает асимметрию напряжения. Однако “внутри” рабочей фазы асимметрии нет. По данной схеме выполнен ряд серийно выпускаемых тиристорных преобразователей. Например серии ЭТО, ПТО, БУВ и др.

Рис 8

3. Трехфазная нулевая схема выпрямления.

Рис 9

Это трехфазная схема однополупериодного выпрямления. Частота пульсаций напряжения на нагрузке в схеме в три раза выше частоты сети. Поэтому имеет место дальнейшее (по сравнению с предыдущими схемами) снижение пульсаций тока нагрузки. В схеме обеспечивается равномерная загрузка фаз, но остается асимметрия “внутри” каждой фазы. Это приводит к неудовлетворительному режиму работы питающего трансформатора, который в данной схеме обязателен. Необходимость питающего трансформатора обусловлена тем, что только при его наличии есть возможность подключить нагрузку к нулевой точке звезды на вторичной стороне.

4. Трехфазная мостовая схема выпрямления.

Схема получила самое широкое распространение на практике и применяется как для преобразователей небольшой мощности, так и средней и, даже большой мощности (до 12000 квт в серии АТ).

Эта схема характеризуется:

а) Повышенной (шестикратной по отношению к частоте сети) частотой пульсаций напряжения и тока нагрузки. Но, как известно, чем выше частота пульсаций, тем легче она может быть сглажена известными методами.

б) Возможностью подключения питающего напряжения как непосредственно от сети, так и через согласующий трансформатор.

в) Минимальной мощностью (по сравнению с другими схемами) согласующего трансформатора.

г) Симметрией как в загрузке отдельных фаз, так и “внутри” каждой фазы.

д) Наилучшим использованием вентилей по напряжению.

Рис 10

Расчет неуправляемого выпрямителя — DOKUMEN.PUB

Citation preview

---

ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра промышленной электроники (ПрЭ) Основы преобразовательной техники

Расчет неуправляемого выпрямителя Руководство к выполнению индивидуального задания №1

2017

Федеральное агентство по образованию Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)

УТВЕРЖДАЮ Зав. Кафедрой ПрЭ ______________ С. Г. Михайличенко

РАСЧЕТ НЕУПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ПРИ РАЗНЫХ ТИПАХ НАГРУЗКИ

Руководство к выполнению индивидуальной работы №1

РАЗРАБОТЧИК: Доцент каф.ПрЭ _____________А.Г.Зубакин

2017 2

Оглавление 1. введение ……………………………………………………………………………………………………..4 2. Многофазные выпрямители …………………………………………………………………………5 3. Расчет m2-фазных неидеальных выпрямителей. …………………………………………..9 4. Однотактный m2-фазный выпрямитель при работе на емкостную нагрузку или противоэдс ………………………………………………………………………………………………..14 5. Последовательность расчета выпрямителя при выполнении индивидуальной работы …………………………………………………………………………………………………………….26 6. Пример расчета выпрямителя с емкостной нагрузкой ………………………………..30 7. Пример расчета выпрямителя с индуктивной нагрузкой …………………………….39 8. Моделирование схемы выпрямителя в LT Spiсe. Cвич кад ……………………………..44 9. Рекомендуемая литература ………………………………………………………………………..48 10. Список дополнительной литературы ………………………………………………………….48 Приложение 1. …………………………………………………………………………………………………50 Приложение 2. …………………………………………………………………………………………………53

3

1. ВВЕДЕНИЕ Устройство преобразования переменного напряжения, тока в постоянное напряжение, ток называется выпрямителем. Для подобного преобразования применяется нелинейный элемент — диод (вентиль), имеющий разную проводимость в прямом и обратном направлении протекания тока через него. Вольтамперные характеристики идеального и реального диода представлены на рис. 1.1

Рис. 1.1 Прямая и обратная ветвь идеального вентиля совпадает с осями ординат (прямая ветвь) и осью абсцисс (обратная ветвь). Прямая ветвь реального диода содержит два характерных участка. На первом участке диод имеет сравнительно большое сопротивление и с ростом прямого напряжения ток растет незначительно. При дальнейшем увеличении напряжения, на втором участке, сопротивление диода резко уменьшается, и прямой ток будет определяться только нагрузкой. На участке проводимости напряжение на диоде существенно меньше, чем в обратном направлении. На обратной ветви проводимость диода невелика, существенно меньше проводимости диода в прямом направлении. Ток через диод при обратном включении минимален. При значительном увеличении обратного напряжения достигается насыщения и наступает пробой перехода. Эквивалентная схема диода, используемая для расчета потерь мощности на диоде, показана на рис. 1.1, б. В ней диод представлен идеальным диодом (вентилем) — ИВ, динамическим сопротивлением –Rvd и встречно включенным источником напряжения E0 –напряжение смещения. Динамическое сопротивление диода определяется величинами изменения напряжения и тока на участке проводимости диода в рабочей точке — Rvd = ∆U/∆I. Напряжение смещения — E0 соответствует точке пересечения касательной с осью ординат.

4

2. МНОГОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ 2.1. Нулевые схемы выпрямителя В нулевых схемах выпрямителя общая точка трансформатора соединяется с нагрузкой. К ним отностся в первую очередь двухполупериодная схема выпрямителя, схема Микевича, Скотта, шестифазная нулевая. Схема Миткевича (звезда-звезда)

Рис. 2.1 — Схема Миткевича Схема Миткевича -трехфазная однополупериодная с нулевой точкой вторичных обмоток трансформатора (трехфазная нулевая) со схемой соединения первичных обмоток трансформатора «звезда-звезда» (рис. 2.1). Диоды поочередно подключают к нагрузке фазное напряжение вторичных обмоток. Сердечник трансформатора имеет постоянное подмагничивание. Схема выпрямления «зиг-заг» Однотактные схемы выпрямителей, в которых число вторичных обмоток трансформатора нечетно, имеют существенный недостаток — подмагничивание стержня магнитопровода. По этой причине увеличиваются габариты и масса трансформатора.

5

Рис. 2.2 – Схема выпрямления «зиг – заг» Схема выпрямления с зиг-заг образным соединением обмоток трансформатора применяется для получения необходимого сдвига фаз, для уменьшения подмагничивания трансформатора. В этой схеме вторичные полуобмотки включены встречно. При равенстве витков и тока в полубмотке постоянное подмагничивание стержней трансформатора будет устранено. Четырех и шестифазные нулевые схемы Для получения четырехфазного напряжения используется свойство перпендикулярности векторов фазного и линейного напряжения. Например, напряжение фазы В и линейное напряжение между фазами А и С (рис.2.3)

Рис. 2.3 — Схема выпрямления Скотта

6

Вторичные полуобмотки трансформатора включены встречно, сердечник трансформатора не имеет постоянного подмагничивания.

Рис. 2.4 — Шестифазная схема выпрямления Шестифазное напряжение в схеме шестифазного выпрямителя с нулем вторичных обмоток трансформатора получается с помощью двух последовательно соединенных вторичных обмоток на одном стержне трехфазного транформатора рис. 2.4. Шесть вентилей в схеме выпрямителя включаются поочередно в течение одной шестой части периода.

2.2. Составные схемы выпрямителя

Рис. 2.5 – Схема выпрямления Вологдина В схеме Вологдина два нулевых трехфазных выпрямителя соединены последовательно. Напряжение на нагрузке по сравнению с шестифазной схемой в два раза больше. В схеме Кюблера два нулевых трехфазных выпрямителя соединены параллельно. В отличие от шестифазной нулевой схемы благодаря уравнительному реактору выпрямители работают автономно, независимо друг от друга. Рис. 2.6 Схема Кюблера с уравнительным реактором 7

В схеме Вологдина и Кюблера: угол проводимости вентилей одна треть периода, частота пульсаций в шесть раз больше частоты сети. Мостовая схема Ларионова. В схеме Ларионова соединяются две трехфазных схемы выпрямления с нулем вторичной обмотки трансформатора. Частота пульсаций в шесть раз больше частоты сети. Постоянного подмагничивания стержней магнитопровода нет. Диоды включаются на одну треть периода. При тех же параметрах трансформатора выпрямленное напряжение в два раза больше, чем в схеме Миткевича.

Рис. 2.7

8

3. РАСЧЕТ M2-ФАЗНЫХ НЕИДЕАЛЬНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ. В многофазных выпрямителях без потерь процесс переключения с одной фазы на другую происходит мгновенно. В реальном выпрямителе из-за наличия активного сопротивления потерь в обмотках трансформатора и индуктивности рассеивания этот процесс затягивается. При расчете выпрямителей малой мощности можно учитывать только активное сопротивление потерь, для мощных только индуктивности рассеивания, для выпрямителей средней мощности учитываются оба параметра.

3.1. Расчет выпрямителя с учетом активного сопротивления фаз В выпрямителях малой мощности индуктивность рассеивания в меньшей мере влияет на процесс коммутации, чем активное сопротивление в фазе. При расчете учитывается кроме активного сопротивления обмоток трансформатора и динамическое сопротивление диодов выпрямителя

r = rтр + rдин = r1 + r2’ + rдин’ = r1+(r2 +rдин) /kтр2.

Пересчет сопротивления вторичной обмотки в первичную обмотку проводим, исходя из равенства потерь мощности на этих сопротивлениях. Принимаем, что нагрузка имеет индуктивный характер с бесконечно большой индуктивностью.

Рис. 3.1 Наличие активного сопротивления потерь в фазе перед вентилем изменяет его режим работы, уменьшает фазное напряжение на величину r ∙ Id. По этой причине второй вентиль несколько раньше вступит в работу. В течение определенного промежутка времени, соответствующему углу коммутации, будут включены оба вентиля, ток в нагрузку будет протекать через оба вентиля

9

одновременно. Явление, когда ток протекает одновременно в двух фазах, называется явлением перекрытия фаз. Из рис.3.1 видно, что вентиль фазы включается раньше точки естественной коммутации и позже отключается, чем когда не учитывались потери в фазе выпрямителя. Длительность проводимости вентиля в фазе увеличилась на величину угла коммутации -.

Определение угла коммутации При допущении Ld   ток нагрузки будет постоянным и на участке перекрытия фаз определяется суммой токов в фазах i2a+i2b = Id. Дифференцируя выражение, получим di2a / dt = – di2b / dt, что означает равную скорость изменения тока в фазах (ток в вентилях изменяется линейно). В одной фазе, ток убывает а в другой прибывает. На интервале коммутации справедливо: Udr = e2a – i2a · r, Udr = e2b – i2b · r, так как i2a+ i2b = Id Udr = e2b – (Id – i2a )· r.

ния.

Вычитая из одного выражения другое, получится 0= e2a – i2a · r – (e2b+i2a · r – Id · r) i2a = Id /2 – (e2b – e2a) / (2r). e2b – e2a = U2m ∙ cos (υ–/m2) – U2m∙ cos (υ) = U2m ∙(cos (υ–/m2) – cos (υ)) e2b – e2a = 2U2m∙ sin (υ–/m2) ∙ sin(/m2) — мгновенное значение напряже-

i2a = Id /2 – 2U2m∙ sin(υ–/m2) ∙ sin(/m2)/(2r) — мгновенное значение тока. До коммутации при υ =  / m2 – r /2 i2a = Id. Подставляем в выражение

для i2a

Id ∙ r/2 = U2m∙ sin(/m2)∙ sin (r/2) sin (r/2) = Id ∙ r/ (2U2m∙ sin(/m2)) = Id∙r / |U2m лин| При r → 0 sin (r) → r

 r = 2 ∙arcsin(Id ∙r/ (2U2m∙ sin(/m2))

(3.1)

Расчет потерь на интервале перекрытия фаз На интервале перекрытия

Udr = e2a – i2a∙r Udr = e2b – (Id – i2a) ∙r

сложим эти выражения получим

2Udr = e2a + e2b – Id ∙r

Вне интервала перекрытия

Ud =Ud0 – Id ∙r,

где Ud0 — значение выпрямленного напряжения выпрямителя без потерь. 10

Усредняя на всем периоде повторения, получаем для малых r

Ud = Ud0 – Id ∙r ∙ (1 – m2 ∙r /(8)) или Ud = Ud0 – Id ∙ra , где ra = 1 – m2 ∙r /(8).

Второе слагаемое существенно меньше первого, т.е. r = ra и потери, обусловленные активным сопротивлением обмоток трансформатора, будут определяться только величиной r ∆Ur = Id ∙ r. (3.2)

3.2. Расчет выпрямителя с учетом индуктивности рассеивания

Рис. 3.2

Для мощных выпрямителей можно пренебречь достаточно малой величиной активного сопротивления потерь обмоток трансформатора. В этом случае приобретает большее значение индуктивности рассеяния обмоток. При достаточно большой индуктивности в нагрузке можно принять неизменным ток в нагрузке. Тогда напряжение на индуктивности рассеяния между моментами коммутации будет равно нулю

𝐿𝑠

𝑑𝑖2𝑎

= 0.

𝑑𝑡 НагрузкаК тиристорам

В момент, когда должна произойти естественная коммутация тока с одного вентиля на другой, из-за индуктивности рассеяния ток в фазе не может мгновенно упасть до нуля. В течение определенного времени, соответствующему углу коммутации, будет уменьшаться ток закрывающегося вентиля и увеличиваться в следующем.

НагрузкаК тиристорам 11

Определение угла коммутации В момент коммутации выходное напряжение выпрямителя определяется суммой напряжений вторичной обмотки и напряжения на индуктивности рассеяния:

e2a – Ls∙di2a/dt = udx e2b – Ls∙di2b/dt = udx

Ток нагрузки в этот момент определяется суммой токов в фазах А и В

Id = i2a + i2b,

подставляя значение i2b = Id – i2a получаем

e2a – Ls ∙di2a /dt = udx, e2в + Ls ∙di2a /dt = udx.

Суммируя выражения, находим

udx = (e2a+ e2b) /2, –Ls∙di2a/dt = (e2b – e2a)/2, ω ∙ Ls ∙di2a /dω = –U2m∙sin(/m2)∙sin(υ–/m2), где ω ∙ Ls =Xs. Интегрируя, выражение для тока в фазе, получаем

i2a= U2m sin(/m2)/Xs ∙cos(υ–/m2)+C,

где С — постоянная интегрирования. Постоянная интегрирования находится из граничного условия до момента коммутации фаз i2a = 0 при υ = /m2+x. Таким образом

0 = U2m∙sin(/m2) / Xs ∙ cos(/m2+x – /m2)+C , откуда С = – U2m∙sin(/m2) / Xs ∙ cos(x) Следовательно закон спада тока

i2a = U2m∙sin(/m2) / Xs ∙cos(υ–/m2) – U2m∙sin(/m2) / Xs∙cos(x) или i2a = U2m∙sin(/m2) /Xs∙(cos(υ–/m2) – cos(x), как следует из выражения, косинусоидальный. Закон нарастания тока определим из условия

i2a + i2b = Id i2a = Id – U2m ∙sin(/m2 )/Xs ∙(cos(υ–/m2) – cos(x)) Из другого граничного условия i2a = Id при υ = 2 ∙/m2

(3.3)

Id = U2m ∙ sin(/m2)/Xs ∙ (cos(/m2 – /m2) – cos(x)) Id = U2m ∙ sin(/m2)/Xs ∙ (1 – cos(x)) – cos(x) = Id ∙ Xs / U2m ∙ sin(/m2) Помножим числитель и знаменатель на m2/(2∙)

– cos(x) = Id ∙Xs ∙ m2/(2) / (U2m∙sin(/m2)∙ m2/(2∙)) 1 – cos(x) = Id ∙Xs ∙ m2/(2)/(Ud0 /2) = (Id /Ud0) ∙ Xs ∙ (m2/) cos(x) = 1 – (Id /Ud0) ∙ Xs ∙ (m2/). 12

Угол коммутации:

x = arccos(1–(Id / Ud0) ∙ Xs ∙ (m2/))

(3.4)

Подставим в (3.3) выражение для cos(x)

i2a = Id – U2m ∙sin(/m2) / Xs ∙ (cos(υ–/m2) – cos(x)) i2a = Id – Ud0 / Xs ∙(/m2) ∙ (1–cos(υ–/m2)).

Закон нарастания тока в момент коммутации соответствует обратной косинусоиде.

3.3. Нагрузочная характеристика С учетом явления перекрытия фаз, обусловленное индуктивностью рассеяния, выпрямленное напряжение уменьшится на величину коммутационных потерь ∆Ux (зачерненный участок рис. 3.2)

Ux 

Ux 

m2 



(e2b  Ux)  d  

 m2

Ud0  (1  cos  ), 2

1- cos(  ) = Ux 

  m2

m2   sin( )  (1  cos  )  m2

  arccos(1 

2Ux ) Ud0

Id  Xs m 2  Ud 0 

U d 0  d  Xs m2 m2     d  Xs    d  Xэ 2 Ud0  2

 3.5 

Угол наклона нагрузочной характеристики — δ достаточно небольшой tg(δ) = ∆Ux/Id. В этом случае tg(δ) = δ и можно определить δ, как внутреннее сопротивление выпрямителя r = ∆Ux/Id = Xs∙m2/(2) = ω ∙Ls∙m2/(2) = f ∙ Lsm2 Нагрузочная характеристика выпрямителя средней мощности будет иметь падающий характер, определяемый током нагрузки и величинами активных сопротивлений фазы, индуктивностью рассеяния

U  Ur  Ux   d  (r  Xэ )

(3.6 )

Погрешность подобного представления будет достаточно небольшой.

13

4. ОДНОТАКТНЫЙ M2-ФАЗНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ ПРИ РАБОТЕ НА ЕМКОСТНУЮ НАГРУЗКУ ИЛИ ПРОТИВОЭДС В выпрямителе с индуктивным характером нагрузки уменьшаются амплитуда тока в диодах, переменная составляющая тока в нагрузке и, соответственно, пульсации напряжения на активной части нагрузки. Подключение параллельно нагрузке конденсатора также уменьшает пульсации выпрямленного напряжения за счет перераспределения переменной составляющей выпрямленного тока с активной части нагрузки в емкостную.

Рис. 4.1 Выпрямленный ток будет иметь прерывистый характер, что является отличительным признаком выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку. Для выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку угол проводимости 

Включение диода (рис.4.1) произойдет, когда фазное, положительное напряжение на аноде будет больше положительного напряжения на его катоде u2(t) > Ud, а выключение при u2(t)

4.1. Выпрямленное напряжение U d U 2m  cos U d  2 U 2  cos  U2 1  Ud 2 cos 

B

U2 1  Ud 2 cos 

(4.1)

где В — коэффициент формы фазной э.д.с.

4.2. Ток вторичной обмотки на интервале проводимости В отсутствие токоограничивающего сопротивления, для идеальных диодов и трансформатора токи в диодах будут бесконечно большими. Поэтому расчет выпрямителя проводится для случая, когда будет введено токоограничивающее сопротивление — r. Форма тока и напряжения на активном сопротивлении –r совпадают. Когда диод открыт

i2() 

U 2m  cos Ud U 2m(cos  cos ) r



r

Тогда среднее значение выпрямленного тока

Id 

1 2 1  U 2m(cos cos ) i2 (  ) d  d   r 2 0  

Id 

m2 U 2m m2 Ud (sin    cos )  (sin    cos )  r  r cos 

r  tg     A m2 Rd Обозначим величину tg(θ)– θ параметром А и найдем решение трансцендентного уравнения в виде графика функции θ(A), представленного на рис. 4.2 и В(А) — рис. 4.3. С уменьшением тока нагрузки (уменьшении А) уменьшается угол проводимости диодов до нуля, растет выходное напряжение выпрямителя. 15

При А = 0 B = U2/Ud = 0.707, т.е. когда ток нагрузки равен нулю, выходное напряжение выпрямителя равно амплитудному значению напряжения вторичной обмотки.

Рис. 4.2

Рис. 4.3

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

U 1  2 I2  i2 ()d   2m  2  r

1 (cos()  cos()) 2 d   0

Ud 1 I2  (cos()  cos()) 2 d   r  cos()  0 I d Rd 1 НагрузкаК I 2  тиристорам  (cos()  cos()) 2 d  r  cos()  0 Умножим числитель и знаменатель на π/ m2, получим

I2  m2Rd 1     (cos()  cos()) 2 d   I d m2 cos() r 0 НагрузкаК тиристорам

Подставим A 

r m2  Rd

I2  1   (cos()  cos()) 2 d   I d m2 A cos()  0 НагрузкаК тиристорам

16

I2  1   (cos()  cos()) 2 d   I d m2(tg   )cos()  0 I2    1   3      1  cos 2   sin 2  I d m2(sin    cos()) 2  4    D

I2 I 2ср



I2 Id

m2

С учетом решения трансцендентного уравнения

А ()  ( tg   )

можно записать

1 3  [  ( A )( 1  cos 2  ( A ))  sin 2( A)] I 2  m2 2 4 D( A)   Id (sin ( A)  ( A)cos ( A))

(4.2)

Решение уравнения на графике (рис. 4.4.)

Рис. 4.4 Для однотактных m2-фазных схем

I2 ‘ 

Id D( A) m2

Для мостовых (двухтактных) схем (m2 = mп)

I 2 »  2  I 2 ‘  2

Id D( A) m2

где m2 — число фаз соответствующего выпрямителя. Например, для однофазного мостового выпрямителя m2 = 2, для трехфазного мостового выпрямителя m2 = 6 и т.д.

17

4.3. Ток в первичной обмотке трансформатора Действующее значение переменной составляющей тока вторичной обмотки трансформатора 2 2 2 I 2   I 2 2  I 2ср  I 2ср D     I 2ср  I 2ср D     1 2

I2 

Id 2  D     1, m2

2

I2  K тр I1

(4.3)

Для однотактных нулевых схем выпрямления с одной вторичной обмоткой на стержне трансформатора и соединении первичных обмоток треугольником, где D(θ) = D(A) выбирается из графика рис.4.4.4.

I / K тр Id



1 D()2  1 m2

Для двухполупериодных схем выпрямления с двумя обмотками на стержне трансформатора (без подмагничивания) и соединении первичных обмоток треугольником

I1II K тр Id



1 2 D( A) m2

Последнее выражение справедливо и для мостовых схем, при числе фаз по вторичной обмотке, равном числу фаз m2 соответствующего нулевого выпрямителя (для однофазного моста m2 = 2, трехфазного m2 = 6 и т.д). При соединении первичных обмоток звездой требуется решать еще и уравнения магнитной цепи магнитопровода, как было рассмотрено раньше. Габаритная мощность вторичной обмотки трансформатора Для однотактных однополупериодных выпрямителей

P2 I  m2  U 2  I 2 I  m2  B ()  U d P2  B()  D()  Pd , I

1 D() m2

P2 I  B()  D() Pd

(4.4)

Для двухтактных выпрямителей (мостовых)

m2 1  B ()  U d Id 2 m2 2  B ()  D() 2

P2 II  P2 II Pd

2D () (4.5)

18

При равных значениях выпрямленного напряжения напряжение на обмотке мостовой схемы в два раза меньше, чем при нулевой схеме. Дважды за период в мостовой схеме выпрямления через обмотку протекает ток, соответственно, и действующее значение тока вторичной обмотки в корень из двух раз больше. Габаритная мощность первичных обмоток трансформатора Для однополупериодных выпрямителей

P1I  m1  U1  I1I  m1  U 2  K тр  B() 

P1I 

Id D()2  1 m2  Kтр

m1  B()  U d  I d D() 2  1 m2

P1I m1   B()  D() 2  1 Pd m2

(4.6)

Для двухполупериодных выпрямителей

P1II m1 2   B()  2  D()  B()  D() Pd 2m1 2

(4.7)

У мостовых схем габаритные мощности первичных и вторичных обмоток равны между собой, соответственно, равны и габаритные мощности трансформаторов Ртр.(мост.) = (Р1+Р2)/2 = 2 Р1/2 = Р1 = Р2

4.4. Параметры вентильного комплекта Обратное напряжение на вентиле соответствует амплитудному значению линейного напряжения вторичных обмоток, как при активной или индуктивной нагрузке Uобрmax = U2лин max Действующее значение тока вентиля для однотактных схем IV = I2I = Id D(A)/m2, для двухтактных схем IV = I2 мост. / 2 = I2II /2 = Id D(A)/m2 Среднее значение тока вентиля IV ср = Id/m2 Максимальное значение тока вентиля

I v max 

U 2m  U d 1  cos()  U 2m , r r

2 U d U2 1  , U 2m  Ud 2  cos() 2  cos()

19

I v max  U d 

1  cos() 1  cos()  I d  Rd  , r  cos() r  cos()

Rd   , r m2  A

I v max  M ( A), I v ср

I v max  1  cos()   (1  cos())    I v ср tn()   cos() sin()    cos() На рис. 4.5 показана зависимость коэффициента М(А)- амплитудной составляющей в среднем токе.

4.5. Параметры напряжения и тока нагрузки

U d  2 U 2 cos  m2 U d m2  2 U 2 cos  (tg () )  (tg () ) r r m2  2 U 2 Id  (sin()  cos ) r Id 

4.6. Определение коэффициента пульсаций При известном выпрямленном токе

id () 

U 2m  cos()  U d U 2m  cos()cos()  U d  cos()  r r  cos()

id () 

Ud U cos() (cos()  cos())  d  (  1) r  cos() r cos()

Для четной функции (f(x) = -f(x)) амплитуда n-ой гармоники

I mn

2T m2    id () cos(n  )d   id () cos(n  m2  )d   T0  

I mn

m2  U d cos()   r ( cos()  1)  cos(n  m2  )d    20

Для первой гармоники тока

m2  U d  I m1   [cos()  cos()]cos(m2  ))d    r  cos() 

I m1

 m2  sin(m2  1)   sin(m2  1)         cos()   m2  1 m2  1   Ud     r  2 sin(m2 )       

Если умножить обе части уравнения на 1/(m2ωС) то получим первую гармонику напряжения

Ud  m2  sin(m2  1)   sin(m2  1)    sin(m2 )  U m1      22 m2  r  f  C  2 2  cos()  m2  1 m2  1  

Рис. 4.6

Кп 

U m1 H (, m2)  Ud r  f C

(4.8)

На рис. 4.6 графики изменения коэффициента Н(А) для разных величин фазности выпрямителя.

НагрузкаК тиристорам 21

4.7. Внешняя, нагрузочная характеристика Нагрузочная характеристика показывает изменение напряжения на нагрузке при увеличении тока нагрузки. При построении нагрузочной характеристики следует задавать значения угла отсечки и по нему найти соответствующие значения cos θ и γ = (sin θ – θ cos θ)/π. Напряжение на нагрузке Ud= √2 U2 cosθ, а ток Id=√2 U2 γ m2/r Как следует из рис. 4.7, при токе нагрузки равном нулю выходное напряжение выпрямителя равно амплитудному напряжению вторичной обмотки. При максимальном токе (короткое замыкание) угол проводимости вентилей равен 2π/m2.

4.8. Определение типа модели, используемой для расчета выпрямителя с емкостной нагрузкой В [2] рассматриваются две модели выпрямителя с емкостной нагрузкой. В первой ток заряда конденсатора фильтра ограничивается активным и индуктивным сопротивлением фазы трансформатора, сопротивлением диодов. Форма тока определена автором симметричной. Для второй модели с безтрансформаторным выпрямителем “…ток ограничивается емкостным сопротивлением, поскольку сопротивление фазы и динамическое сопротивление диодов малы…”. Форма тока в диодах имеет ассиметричный характер с резким нарастанием тока на начальном этапе –рис. 4.8.

Рис. 4.8 – Схема безтрансформаторного выпрямителя – а, форма напряжения и тока для первой модели – б, для второй модели – в

22

C целью определения границ существования первой модели было проведено исследование. Особенность расчета выпрямителя с емкостной нагрузкой в том, что при расчете необходимо учитывать нелинейные элементы — диоды в силовой цепи, что формирование напряжения на нагрузке происходит в два этапа – заряда и разряда конденсатора фильтра. Системы дифференциальных уравнений, описывающие эти этапы, будут отличаться:

При заряде

ir  uС  u (t )   duС uС i  C   dt R

при разряде

и

duС uС  0  C   dt R 

В этих выражениях R, r –сопротивления нагрузки и фазы выпрямителя, С – емкость конденсатора в нагрузке. Решая эти системы уравнений, получим описание переходного процесса при включении выпрямителя с емкостной нагрузкой – рис. 4.9.

Рис. 4.9 – Напряжение на нагрузке – Uc, ток через диоды при мягком включении выпрямителя в сеть На этом рисунке видно, что на этапе включения выпрямителя в сеть амплитуда тока через диоды больше тока в установившемся режиме. В двадцать, тридцать раз амплитудное значение тока в диоде – Iv превышает его среднее значение – Id. При этом на рис. 4.9 показано мягкое включение, когда в момент включения напряжение в сети равно нулю. С той же вероятностью возможно и то, что в момент включения напряжение сети имеет амплитудное

23

значение. Для этого случая амплитуда тока через диоды увеличивается еще больше (рис. 4.10а)[3].

Рис. 4.10. Максимальная перегрузка по току для случая, когда в момент включения выпрямителя в сеть напряжение в сети имеет амплитудное значение – а, коэффициент пульсаций – б На рис. 4.10 заштрихованная область соответствует второму режиму, на котором наибольшая асимметрия импульса тока, высокая скорость нарастания тока начального участка. Как видно из графиков, для этой области характерно большая перегрузка диодов по току и повышенное значение пульсаций. По графикам, изображённым на рис. 4.10 можно определить токоограничивающее сопротивление и емкость конденсатора фильтра, задавшись значениями кпд и коэффициента пульсаций. Выбор диодов определяется средним значением тока. Для выпрямителей с емкостной нагрузкой необходимо учитывать и амплитудное значение тока с учетом его перегрузки при включении в сеть. Существующие диоды допускают десяти, сорокократное превышение амплитуды броска тока над его средним значением. Таким образом, можно говорить об аварийном режиме работы выпрямителя, который нельзя представлять допустимым при расчете выпрямителя режимом. Введение токоограничивающих элементов определяет существование только первого режима. Границу существования первой модели в [2] определяется без особенных пояснений выражением r

𝑅

>

10

( R ω C)2

(4.9)

24

При выполнении этого условия можно пренебречь влиянием конденсатора фильтра на значение выпрямленного напряжения и тем самым существенно упростить, облегчить процедуру расчета. Выпрямленное напряжение в этом идеализированном случае Ucидеал=U2m cos θ, где угол отсечки -θ находится из решения трансцендентного уравнения (tgθ-θ)=π r/(m R).

Рис. 4.11 Рис. 4.12 Результат решения системы уравнений представлен на рис. 4.11. На рисунке показано изменение нагрузочной характеристики выпрямителя в зависимости от емкости Uc=f(С,Id). Из графика видно, что нагрузочная характеристика почти не зависит от емкости конденсатора и только при существенном уменьшении ее величины становится заметным ее влияние на нагрузочную характеристику. На рис. 4.12 отражено различие реальной и идеализированной поверхностей Δ=(Uc- Ucидеал)/ Ucидеал.

Рис. 4.13

Рис. 4.14 25

На рис. 4.13 белым цветом определена область существования идеализированной модели выпрямителя по критерию (4.9) при погрешности отображения меньше пяти процентов. На рисунке заметна область, в которой погрешность отображения меньше пяти процентов, но которая не входит в область существования модели. В данной работе предлагается использовать другой критерий для определения области существования первой модели[3]:

rωC>1.

(4.10) Он определяется отношением активного сопротивления потерь выпрямителя к емкостному сопротивлению нагрузки, имеет достаточно понятный физический смысл, определяет коэффициент сглаживания RC фильтра. В отличие от первого условия этот критерий не зависит от нагрузки выпрямителя (как и в критерии [1]). При той же погрешности отображения, меньше пяти процентов, по критерию (4.10) область существования модели увеличивается – рис. 4.14, что позволяет сделать вывод о предпочтительности его использования. 4.9. Примечания к расчету выпрямителя с емкостной нагрузкой по схеме Ларионова По числу пульсаций схема Ларионова соответствует шестифазной схеме выпрямителя m2=mп=6. При определении В=U2/Ud, U2 соответствует линейному напряжению Значение D соответствует одному импульсу тока в обмотке трансформатора шестифазной схемы выпрямителя. Для схемы Ларионова таких импульсов четыре. Действующее значение тока в диоде в √2 раз меньше тока обмотки. Среднее значение тока в обмотке равно нулю. Амплитудное значение тока в диоде определяется по отношению к среднему значению тока через диод M=Ivm/Ivср. Среднее значение тока через диод равно Id/3 Тока подмагничивания в обмотке нет, поэтому Ктр=I2/I1. Коэффициент пульсаций определяется при m2=6, т.к. mп=6.

5. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЫ 5.1. Исходные данные к расчету выпрямителя По заданным значениям тока и напряжения нагрузки рассчитать выпрямитель, сглаживающий фильтр. По полученным значениям выбрать элементы выпрямителя и фильтра. В отчете привести структурную схему выпрямителя, его аналог на однофазных трансформаторах. Пояснить выбор схемы, ее достоинства и недостатки. Отобразить

26

диаграммы напряжений и токов в выпрямителе: выходное напряжение и ток, ток в обмотках трансформатора и диодах, обратное напряжение на диоде. Исходные данные: Udном — номинальные выходное напряжение; Idном — номинальный выходной ток; U1 — номинальное напряжение сети; F — частота сети; Idmin — в нашем случае Idmin = 0.1Idном; тип сглаживающего фильтра. Требуется определить: -габаритную мощность трансформатора — Sгаб; -коэффициент трансформации — Kтр; -параметры фильтра (коэффициент сглаживания, потери, элементы фильтра). Выбрать комплектующие элементы выпрямителя: диоды, дроссели, конденсаторы. Варианты исходных данных: Ud,B 5 15 30 60 200 300 400 1000 2000 5000 Id,A 400 100 50 20 10 5 3 1 0,5 0,25 U1,B 220 127 115 Idmax Id Idmin 0,1Id F,Гц 50 400 Кп,% 0,1 0,5 1 2 5 Фильтр L RC LC Схема Греца, Миткевича, Скотта, Шестифазная, Ларионова, Вологдина, Кюблера

5.2. Расчет трансформатора Для того чтобы определить габаритную мощность трансформатора нужно знать параметры трансформатора. А чтобы определить параметры трансформатора, надо знать его габаритную мощность. Методом последовательного приближения это противоречие можно разрешить. На первом этапе предлагается задать усреднённое значение потерь напряжения (U  (0.02 – 0.1) ·Udном). Исходя из этого ориентировочного значения, определяется габаритная мощность трансформатора и соответствующие ей параметры трансформатора (r1, r2, Ls1, Ls2). По этим данным проводится расчет выпрямителя и выбор его элементов. Если выходное напряжение не совпадает с заданным значением, необходимо скорректировать значение потерь напряжения. Процесс расчета повторяется до допустимого расхождения (в пределах пяти процентов) от заданного выходного напряжения. В зависимости от схемы выпрямителя и типа нагрузки известно соотношение Sгаб/Pd (Приложение 1. При емкостной нагрузке принимаем соотношение, соответствующее активной нагрузке.). 27

Для заданных значений напряжения и тока в нагрузке Pd = (Udном+U) · Idном, определяется габаритная мощность трансформатора Sтр = (Pdном+U∙Idном)·(Sгаб/Pd). Расчет параметров эквивалентной схемы Для трехфазных и сложных схем выпрямителя представить их аналог на однофазных трансформаторах. По найденной габаритной мощности трансформатора рассчитываются параметры однофазного двухобмоточного трансформатора Sтр Sгаб= . m2 Из эмпирических соотношений находим: мощность потерь холостого хода

Pxx  0,144  4

Sгаб Sгаб

ток холостого хода I1н I xx  0, 281 4 Sгаб мощность потерь короткого замыкания Sгаб Pкз  0,169  4 Sгаб напряжение короткого замыкания

Uкз  0,0107 U1  3  4 Sгаб Из опытов холостого хода и короткого замыкания для однофазного трансформатора известны эмпирические соотношения:

Iхх 0.3 Рхх 0.15 4 ; 4 I1н Sгаб Sгаб Sгаб Uкз Ркз 0.17  0.014 Sгаб ; 4 U 1н Sгаб Sгаб Из этих выражений определяются полная мощность потерь на холостом ходу и ток холостого хода, эквивалентные сопротивление потерь в магнитопроводе –r0 и индуктивное сопротивление намагничивания –L0 (рис. 5.1):

28

Sхх  U1Iхх, r 0  Pxx x0  r 0 tg (arccos Pxx

Ixx

2

, cos  xx  Pxx

Sxx

,

Sxx

Рис. 5.1. Эквивалентная схема однофазного трансформатора Из опыта короткого замыкания можно найти полное активное сопротивление потерь в первичной и вторичной обмотках –r1+r2’, индуктивность рассеивания Ls=Ls1+Ls2’, приведенных к первичной обмотке:

, cos  кз  Pкз , Sкз I1кз 2 xs1  xs 2′  (r1  r 2′) tg (arccos Pкз ). Sкз

Sкз  Uкз Iном, r1  r 2′  Pкз

Полное активное сопротивление обмоток, приведенное к вторичной обмотке r  r ‘   r2  r ‘1   1 22 Kтр Сопротивление индуктивностей рассеивания трансформатора, приведенное к вторичной обмотке X  X ‘   X 2  X ‘1   1 2 2 Kтр

5.3. Расчет выпрямителя Расчет выпрямителя определяется фазностью схемы выпрямителя (m2), типом нагрузки, отношением к нулевой или мостовой схеме выпрямления. Значения напряжений и токов для идеального выпрямителя при выборе элементов можно найти для активной или активно –индуктивной нагрузки по таблицам один и два приложения 1. При емкостной нагрузке расчет ведется графо аналитическим методом. При расчете реального выпрямителя учитываются потери напряжения на обмотках трансформатора, диодах и активном сопротивлении дросселя фильтра Ud=Ud0-Id(r2+r1’+Rдр+Rд +Xэ), где Ud0=U2m m2/π sin (π/m2) –напряжение на холостом ходе. В процессе расчета определяются значения напряжений и тока, необходимые для выбора трансформатора (U1, I1, S1, U2, I2, S2, Sтр, Ktr), диодов ( Iv,Ivsr, 29

Uvmax), фильтра (L, C, Ks), характеристики выпрямителя (Км, КПД, нагрузочная характеристика).

5.4. Расчет сглаживающего фильтра Коэффициент сглаживания индуктивного фильтра Кс=wп L/Rн, для LC-фильтра Кс=wп2 LС -1.

Idкр 

U 1m 2 Ud Ud 2 Rdкр  2   Ld  2 wп Ld mп  1 wп Ld Rdкр mп  1 wп

Для емкостного фильтра расчет ведется графо аналитическим методом.

5.5. КПД выпрямителя 5.5.1. Потери в трансформаторе

Pтр   Pxx  Pкз   m2  10,02   6  60,12 Вт 5.5.2. Потери в фильтре

Pф  Id 2  r 5.5.3. Потери в диоде

PV  Iv 2  r  Ivsr  E 0 Где r – динамическое сопротивление диода, E0-напряжение смещения (см. рис.1). КПД выпрямителя:



Pd 100% Pd  Pò ð  Pv  Pô

5.6. Коэффициент мощности Км 

Pd  Pтр  Pv  Pф m1 U 1 I1

5.7. Нагрузочная характеристика выпрямителя Внешняя (нагрузочная) характеристика выпрямителя – зависимость выходного напряжения выпрямителя Ud от тока нагрузки –Id.

6. ПРИМЕР РАСЧЕТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКОЙ Исходные данные к расчету: Схема – шестифазная нулевая при соединении первичных обмоток треугольником с ёмкостным фильтром.

30

Среднее значение выпрямленного напряжения: Ud = 400 Среднее значение выпрямленного тока: Id = 3 Напряжение сети: U1=115В Частота сети: F=400Гц Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке: k ‘ï  1 %

Рис. 6.1 – Схема шестифазного выпрямителя

6.1. Расчет габаритной мощности и параметров эквивалентной схемы трансформатора. На рис. 6.1 изображена шестифазная нулевая схема выпрямителя с ёмкостным фильтром при соединении первичных обмоток треугольником и диаграммы напряжений и токов. Мощность выпрямленного напряжения:

Pd  U d  I d  400  3  1200 Вт Габаритная мощность трансформатора в первом приближении определяется для выпрямителя с активной нагрузкой из таблицы 1 приложения

Sтр  1,55  Pd  1,55 1200  1860 ВА Габаритная мощность на одну фазу S 1860 Sф  тр   310 ВА m2 6 31

Активное сопротивление нагрузки

Rd 

U d 400   133,33 Ом Id 3

Номинальный ток Sгаб 310 I1н    1,56 A U1 3 115 3 Из эмпирических соотношений находим: мощность потерь холостого хода

Pхх  0,144  4

Sгаб 310  0,144  4  10, 64 Вт Sгаб 310

ток холостого хода I1н 1,56 I хх  0, 281 4  0, 281 4  0,104 A Sгаб 310 мощность потерь короткого замыкания Sгаб 310 Pкз  0,169  4  0,169  4  12, 49 Вт Sгаб 310 напряжение короткого замыкания

Uкз  0,0107 U1  3  4 Sгаб  0,0107 115  3  4 310  8,9 В Полное фазное напряжение

U 2  0,74 U d  0,74  400  296 В Коэффициент трансформации U 115 3 Kò ð  1   0, 67 U2 296 На первичную обмотку включено линейное напряжение U1=200B. Опыт холостого хода Полная мощность потерь холостого хода Sxx  U1  I xx  200  0,104  21 ВА Эквивалентное сопротивление потерь в стали

r0 

Pxx 10, 64   977 Ом 2 I xx 0,1042

Угол сдвига тока относительно напряжения для режима холостого хода

 Pxx   10, 64    arccos    59, 07 S 20, 7    xx 

 xx  arccos 

Индуктивное сопротивление намагничивания

X 0  r0  tg  xx   977  tg  59,07   1640 Ом

Опыт короткого замыкания Полная мощность потерь короткого замыкания 32

Sкз  Uкз  I1н  5,16  2,7  13,93 ВА Полное активное сопротивление обмоток, приведенное к первичной обмотке Pкз 12, 49  5,15 Ом  r1  r ‘2   2  I1н 1,562 Угол сдвига тока относительно напряжения для режима короткого замыкания

 12, 49   Pкз    arccos    26, 28 13,93  Sкз   

 кз  arccos 

Сопротивление индуктивности рассеивания, приведенное к первичной обмотке

 X1  X ‘2    r1  r ‘2   tg xx   5,15  tg  26, 28   2,53 Ом

Приведем полученные сопротивления к вторичной обмотке Полное активное сопротивление обмоток, приведенное к вторичной обмотке

 r2  r ‘1  

 r1  r ‘2   K тр

2

5,15  11, 7 Ом 0, 672

Сопротивление индуктивности рассеивания, приведенное к вторичной обмотке  X  X ‘  2,53  5, 76 Ом  X 2  X ‘1   1 2 2  Kтр 0, 672

6.2. Расчет выпрямителя Активное и индуктивное сопротивление фазы трансформатора

r  11,7 Ом X s  5,76 Ом

Рассчитаем параметр А

A

 r

m  Rd



Рис.6.2

3,14 11, 7  0, 046 6 133,33

Рис.6.3

33

По кривой рис.6.2 определяем угол отсечки Θ = 28 Определяем угол проводимости вентиля

  2   2  28  56 Проверяем условие, чтобы угол проводимости вентиля не превышал периодичности кривой выпрямленного напряжения  360 360      60  6  m2  Условие выполняется Определяем коэффициент х  L X s 5, 76 x    0, 493 r r 11, 7 По кривой рис.6.3 определяем коэффициент фазной ЭДС U B  2  0,8 Ud

Ud 

U 2 296   380 B B 0,8

Напряжение на нагрузке — меньше заданного (не учтено падение напряжение на активном сопротивлении обмоток и индуктивности рассеивания), поэтому необходимо увеличить напряжение вторичной обмотки. При определении нового значения напряжения вторичной обмотки используется программа в Mathcad (приложение 2). После пересчета получим новые значения Ктр; r; х; А; Ud. U 115 3 U 2  320 B; Kтр  1   0,62; r 13,3 Ом; x  0,49; Ud  400 В; M 8 U2 320

Рис.6.4

Рис.6.5 34

По кривой рис.6.4 определяем коэффициент формы фазного тока для шестифазного выпрямителя m I D  2 2  2,8 Id Ток вторичной обмотки D  Id 2,8  3 I2    1, 4 А m2 6 Действующее значение тока вентиля

I v  I 2  1, 4 À По кривой рис.6.5 определяем коэффициент М постоянной составляющей тока вентиля для шестифазного выпрямителя

M

m2  I v max 8 Id

Амплитудное значение тока диода

I v max 

M  Id 8  3  4А m2 6

Если перегрузка по току (рис. 6.5) для диода будет велика, необходимо включить дополнительно токоограничивающее сопротивление. Коэффициент трансформации U1 115 3 Kтр    0, 62 U2 320

6.3. Расчет параметров вентильного комплекта Среднее значение тока через вентиль Ivср=Id/m2=0,5A. Действующее значение Iv=I2=1.4A. Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентилю Umaxобр=2.09 400=836 В. Выбираем из справочника [7] диод типа 2Д220Г предназначенный для электротехнических и радиоэлектронных устройств в цепях постоянного и переменного тока частотой до 50 кГц.

Рис.6.6 35

Параметры и характеристики диода: Повторяющееся импульсное обратное напряжение Umaxобр=1000В Максимально допустимый средний прямой ток Imaxср=3А. Из ВАХ рис. 6.6 прямое напряжение U0=0.8 B, динамическое сопротивление Rдин=0.2/0.8=0.25Ом.

6.4. Ток первичной обмотки I2 I1 В первичной обмотке шестифазной схемы (первичные обмотки соединены треугольником) ток определяется током двух вторичных обмоток: Kтр 

I1 

I 2 2 1, 4 2   3,18 А Kтр 0, 62

Габаритная мощность первичной и вторичной обмоток соответственно

S1  m1U1 I1  3 115  2  3,18  1,9 103 ВА

S 2  3 U 2  I 2  2  6  320 1, 4  2  1,9 103 ВА Габаритная мощность трансформатора

Sтр1 

S1  S 2 1,9  1,9 3  10 =1,9 103 ВА 2 2

Коэффициент завышения мощности трансформатора

Sтр1 1,9 103   1, 6 Pd 1, 2 103

6.5. Расчет фильтра

Рис.6.7

Рис.6.8

Коэффициент для расчета коэффициента пульсаций напряжения на нагрузке из рис.6.7 H=800. Коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке

36

H r  f C Определяем емкость С H 800 C   15 мкФ r  f  k ‘п 5,15  400  0, 01 k ‘ï 

Постоянная составляющая напряжения равна напряжению на нагрузке

Ud  400 B

Амплитуда переменной составляющей напряжения

U

2  U 1m Ud Ud Uп  k ‘п Ud  0,01 400  4 B k ‘п 

Частота переменной составляющей f1  mп  f  6  400  2400 Гц Выбираем из справочника [6] оксидно-электролитический алюминиевый конденсатор К50-7, предназначенный для работы в цепях постоянного и пульсирующего напряжений, а также в импульсных режимах. Параметры конденсатора: номинальная емкость: C  20 мкФ номинальное напряжение : Uс ном  450 В

6.6. Расчет потерь мощности в вентилях Потери мощности на одном вентиле Pv1=U0 Ivср+Rдин Iv2 =0.8 0.5+0.25 1.42=0.8 Вт Потери мощности на вентилях всех фаз Pv=m2 Pv1=4.8 Вт.

6.7. Внешняя характеристика выпрямителя Внешнюю характеристику выпрямителя с емкостным фильтром можно построить по рис.6.8 . Выбираем кривую, соответствующую рассчитанному параметру x. Задавшись несколькими значениями угла отсечки (θ 1 следующие значения: r = 13.3 Ом; ω = m2πf = 15072; C = 20мкФ, тогда: 13,3*15072*20*10-6 = 4 > 1. Условие выполняется, значит, рассматриваемая модель выпрямителя соответствует области существования первой модели. Допустимая погрешность отображения меньше 5 %.

38

7. ПРИМЕР РАСЧЕТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ Исходные данные к расчету: Схема – трехфазная нулевая при соединении первичных обмоток треугольником с индуктивным фильтром. Среднее значение выпрямленного напряжения: Ud = 60В Среднее значение выпрямленного тока: Id = 100А Напряжение сети: U1=115В Частота сети:50Гц. Коэффициент пульсаций: 0.01. 7.1. Выпрямленное напряжение Падение выпрямленного напряжения на активных сопротивлениях U r  I d  (rтр  rдин  rф )  100  (0,025  0,004  0,132)  100  0,058  5,8 В

Угол коммутации определяемый активными сопротивлениями фазы трансформатора



 180          2  2 U2sin     m  Id r

r  2 asin

r  2.047

Падение напряжения от коммутации при учете индуктивнсти рассеивания

U X 

Id  X S





I d  X S m2 100  0,00672  3   0.318В 2 2

Величину угла перекрытия фаз (угла коммутации) найдем из выражения



 X  arccos 1  

Ud  U 2m

2U X Ud 0X

  2  0,318   arccos  1  66,383   7,937   

 Xs m sin( )  Id (r   rдин  Rdr )  E 0  m 2

m2

Ud=61,3В Перерасчета можно не делать. Расчет потерь мощности в вентилях Для расчета потерь мощности в вентилях находим (приложение 2) действующее значение тока вентиля IB  0,45  I B  0,45  100  45 А Id А Среднее значение тока вентиля 39

I Bсс Id



I B  0,333,  I Bсс  0,333  I d  0,333 100  33,3 Id А

Потери мощности на одном вентиле PB1  UO  I Bср  rдин  I B2  0,86  33,3  0,004  (45)2  28,7  8,1  36,8Вт

Вт

Потери мощности на вентилях всех фаз PB  PB1  m2  3  36,8  110,4Вт Вт Расчет падений выпрямленного напряжения

7.2. Выбор вентилей Среднее значение тока через вентиль, согласно приложению 2 I Bсс  0,333; откуда Id I Bсс  0,333  I d  33,3 А Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентилю U mооб  2,3 ,откуда Ud U mооб  2,3 U d  2,3 100  230 В Выбираем предварительно [10] вентиль типа В50-3, который имеет следующие предельно допустимые параметры: Повторяющееся импульсное обратное напряжение Uобр m доб=300 В Максимально допустимый средний прямой ток IВ ср доп=50 А Вольтамперная характеристика диода [10] представлена на рис.3. Аппроксимируем ВАХ линейной функцией

U  U 0  rдин  i где

rдин 

U max  U min U max  U min 1,5  0,9 0.6     0,004 Ом I max  I min 1,5I СРдоп  0,5I СРдин 236  79 157

40

Рис. 3. 1 – при температуре 25С, 2 – при t=Tmax Аппроксимирующее выражение примет вид

U  0,86  0,004  i

Первый, предварительный этап расчета На этом этапе задаемся потерями напряжения на уровне (0.05-0.10)Ud Действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора на холостом ходу Выпрямленное напряжение холостого хода найдем из выражения

U dO  U dHOM  U r  U X  U O U dO  (1.05 — 1.10)Ud  Id * Rdr  66В После предварительного этапа расчета принимаемUd0=70В из приложения 2

U2  0,86 U dO U 2  0,86 U dO  0,86  66  57В 60В Уточненный коэффициент трансформации для полуобмотки U 200 KТР  1Л’   3.5 3.3 U2 57 Действующее значение тока вторичных обмоток -приложение2. I2  0,58,  I 2  0,58  I d  0,58 100  58 А ID Действующее значение тока первичных обмоток 41

I1n 0,47  I d 47  0,47  I1    13.5 A 14.35 А Id n 3.5 Габаритная мощность первичных обмоток трансформатора S1  m1  U1  I1  3  200  13.5  8910BA 8572 Габаритная мощность вторичных обмоток трансформатора S2  m2  U 2  I 2  3  60  58  9876BA 10470 Габаритная мощность трансформатора S  S2 8910  9876 SТР  1   8979 Вт 9523 2 2 Полученные величины близки к взятым ориентировочно SТР  8910BA 9450,

7.3. Расчет фильтра Для расчета индуктивности дросселя фильтра известно (из прил.2), что в реальной схеме коэффициент пульсаций на входе фильтра КП=0,25. По заданию нужно получить, коэффициент пульсаций на нагрузке К’П=0,01, откуда необходимый коэффициент сглаживания K 0,25 KСГЛ  П’   25 K П 0,01

42

Для L- фильтра [ 6] K r 25  0,6 L  СГЛ d   2  10 3 Гн mn  c 3  8  314 Действующее эффективное значение тока протекающего по обмотке дросселя

I LЭЭ  I d2  I ~2 , где

I d — среднее значение выпрямленного тока;

I ~ — действующее значение переменной составляющей тока нагрузки; Вспомним, что коэффициент пульсаций на нагрузке U m’ ~ I m’ ~  rd I m’ ~ I ~’  2 ‘ KП  ‘  ‘  ‘  , откуда получаем Id Ud I d  rd Id I ~’ 

I d  K П’ 2



100  0,01 1   0,7 А 2 2

Таким образом I LЭЭ  100 2  0,7 2  100 А

Теперь, по известным L, U, ILЭФ необходимо подобрать по приложениям 3 и 9 — стандартный дроссель, у которого

LНОМ  L;

I НОМ  I LЭЭ Rдр=0.012

или выполнить дроссель из последовательно и параллельно соединенных стандартных дросселей. Выбираем дроссели Д268:0.0006Гн, 25А, 0.0048Ом, 110*4=56 шт. четыре параллельно соединенных ветви из 14 последовательно соединенных дросселей. Общая индуктивность 0.021Гн СС допустимым значением тока 100А, сопротивлнием 0.0168 Ом.

7.4. Расчет КПД Коэффициент полезного действия выпрямителя найдем по выражению



Pd , Pd  PТР  PB  PФ

где PТР  ( PXX  PКЗ )  m2  2

PТР  (58  68)  3  384Вт Вт — потери в трансформаторе; PB  110Вт Вт — потери в вентилях; PФ  I d2  rФ  (100)2  0,012  120Вт ,откуда 6000   0,91 6000  384  110  120

43

8. МОДЕЛИРОВАНИЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЯ В LT SPIСE. CВИЧ КАД

Рис.8.1 Трехфазная схема выпрямителя с LC фильтром с учетом индуктивности рассеивания -а, активного сопротивления потерь –б, идеального –с. В эквивалентной схеме выпрямителя трансформатор не отображается, иначе существенно увеличивается степень дифференциальных уравнений, описывающих схему выпрямителя и время на расчет. Директивы .step param a 1 1.2 0.2 Параметр а изменяется от 1 до 1.2 через 0.2 .param Rn=100/a Сопротивление нагрузки .param Tk=980m Задается момент отсчета .meas tran res3 RMS V(n008) from Tk RMS -действ. значение определяется за последний период от Tk до .meas tran res4 RMS V(n019) from Tk Stop Time .meas tran res5 AVG V(n021) from Tk AVG -cреднее значение .meas tran res6 RMS I(V1) from Tk Ток от источника V1 .meas tran res7 res6*RMS V(n009)*3 Полная мощность ???? .meas tran res8 ( res6*res6*Rs*3+ res4* Коэффициент мощности res4/Rn)/res7 Результаты расчета в View/Spice Error Log Литература

44

Валентин Володин. Краткое руководство по симулятору LTspice. [email protected] Калинин М.П. Полупроводниковые ключи в ЭС.pdf. http://ie.tusur.ru/docs/svd/ppk.rar

Рис.8.2 Выходное напряжение выпрямителя –ud с учетом: индуктивности рассеивания -а, активного сопротивления потерь –б, идеального –с. Зеленым выделено потери напряжения.

Рис.8.3 Ток в диодах с учетом: индуктивности рассеивания -а, активного сопротивления потерь –б, идеального –с. Фронты: по косинусоиде –а, линейные –б, мгновенное переключение –с. Угол коммутации относительно ТЕК: со смещением –а, симметричный –б, нулевой –с. ТЕК –точки естественной коммутации. Выпрямитель с LC фильтром на рабочем участке нагрузочной характеристики имеет индуктивный характер нагрузки. До критического значения тока нагрузки напряжение линейно увеличивается с уменьшением тока нагрузки. При меньшем значении тока нагрузки: характер нагрузки изменяется на емкостной. Напряжение в этом случае нелинейно растет до амплитудного значения входного напряжения фильтра. 45

Критическое значение тока нагрузки:

Idкр 

U 1m 2 Ud Ud 2 Rdкр  2   Ld  2 wп Ld mп  1 wп Ld Rdкр mп  1 wп

Ls r идеальный

Рис.8.4 Нагрузочная характеристика

Рис.8.5 Нагрузочная характеристика

Рис.8.6 Коэффициент мощно-

сти Из диаграммы рис. 8.5 и 8.6 хорошо видно области с индуктивным характером нагрузки (плоская часть) и емкостным. С уменьшением тока нагрузки, при емкостной реакции резко увеличивается напряжение и уменьшается коэффициент мощности. Диаграммы рис. 8.5 и 8.6 построены в Exel. Данные к построению взяты в View/Spice Error Log. Время для их получения достаточно велико ( десятки минут). То же самое в маткаде получено быстрее на порядок с выводом в графическом виде – рис.8.7, но при этом существенно труднее написать и отладить программу расчета.

46

Рис.8.7

47

9. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 9.1. Обрусник В.П., Шадрин Г.А. Стабилизированные источники питания радиоэлектронных устройств. –Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2011.-280с.

10. СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 10.1. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/ Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др.: Под ред. Г.С. Найвельта. – М.: Радио и связь, 1986. – 576 с.; ил. 10.2. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Недошивин Р.П. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 400 с.; ил. 10.3. Сидоров И.Н., Мукосеев В.В., Христинин А.А. Малогабаритные трансформаторы и дроссели: Справочник. – М.: Радио и связь, 1985. – 416 с. 10.4. Справочник по электрическим конденсаторам/ М.Н. Дьяконов, В.И. Коробанов, В.И. Присняков и др.; Под общ ред. И.И. Четвертокова и В.Ф. Смирнова. – М.: Радио и связь, 1983. – 576 с. 10.5. Мощные полупроводниковые приборы. Диоды: Справочник/ Б.А. Бородин, В.М. Ломакин, В.В. Мокряков и др.; Под ред. А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь, 1985. 10.6. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммуникационные устройства РЭА: Справочник/ Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок. – Минск, Беларусь, 1994. – 591 с.; ил. 10.7. Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник/ В.П. Берзан, Б.Ю. Геликман, М.Н. Гураевский и др.; Под ред. Г.С. Кучинского. – М.: Энергоатомиздат, 1987. –656 с.: илл. 10.8. Справочные данные по элементной базе преобразовательной техники. На компакт-диске с программным обеспечением в разделе ОПТ. 10.9. Иванов-Цыганов А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника». 4-е изд., перераб. и доп.-М.: Высш.шк., 1991.-272 с.:ил. 10.10. К.М. Акулич, С.С. Лехан, А.Г. Зубакин. Аварийный режим выпрямителя с емкостной нагрузкой. XIII Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и образование», (20—24 апреля 2009г.): материалы конференции: в 6 т. –Том I: Естественные и точные науки; ГОУ ВПО «Томский государственный педагогический университет». –Томск: Издательство ТГПУ, 2009. -412 с. 10.11. Иноземцев В.А., Кондаков Н.Н., Овчаренко А.А. Уточненный расчет выпрямителя с емкостной нагрузкой. XVI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука иобразование», посвященная 110-летию ТГПУ(23—27 апреля 2012г.): материалы конференции: в 5т. –Том Ш: Естественные и точные науки; ФГБОУ ВПО «Томский государственный педагогический университет». –Томск: Издательство ТГПУ, 2012. -416 с. 48

Семенов В.Д. Преобразовательная техника: Руководство к организации самостоятельной работы. – Томск: Томский центр дистанционного образования, 2006. – 97 с. 10.13. Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник/ В.П. Берзан, Б.Ю. Геликман, М.Н. Гураевский и др.; Под ред. Г.С. Кучинского. – М.: Энергоатомиздат, 1987. –656 с.: илл. 10.14. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник / А.В. Боноков, А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев и др.; Под общ. ред. Н.Н. Горюнова. – 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 744 с.: илл.

10.12.

10.15. Технические характеристики силовых низкочастотных диодов В50. http://www.eandc.ru/catalog/detail.php?ID=4717 10.16. Зубакин А.Г. Расчет управляемого выпрямителя в режиме стабилизации выходного напряжения.: Руководство к организации самостоятельной работы.– Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2010.-24с.

49

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Таблица 1. Расчетные соотношения для многофазного идеального выпрямителя при активной нагрузке. Нулевые схемы выпрямления Мостовые Гр Лариеца онова m2 1 2 3 4 6 1 3 U2/Ud 2,22 1,11 0,86 0,79 0,74 1,11 0,43 I2/Id 1,57 0,79 0,59 0,50 0,41 1,11 0,83 I2ср/Id 1,00 0,50 0,33 0,25 0,17 0,50 0,33 I2/I2ср 1,57 1,57 1,76 2,01 2,45 0,00 0,00 I1*n/Id 1,21 1,11 0,48 0,71 0,58 1,11 0,83 Р2/Pd 3,49 1,74 1,51 1,58 1,82 1,23 1,06 Р1/Pd 2,69 1,23 1,24 1,23 1,28 1,23 1,06 Рг/Pd 3,09 1,49 1,37 1,41 1,55 1,23 1,06 Umобр/Ud 3,14 3,14 2,09 2,22 2,09 1,57 1,05 Iv/I2 1,11 1,11 0,77 0,64 0,51 0,79 0,54 Iv/Id 1,74 0,87 0,45 0,32 0,21 0,87 0,45 Imv/Id 3,14 1,57 1,21 1,11 1,05 1,57 1,21 Ivср/Id 1,00 0,50 0,33 0,25 0,17 0,50 0,33 mп 1,00 2,00 3,00 4,00 6,00 2,00 6,00 Кп 1,57 0,67 0,25 0,13 0,06 0,67 0,06 Таблица 2. Расчетные соотношения для многофазного идеального выпрямителя при активно -индуктивной нагрузке. m2 1 U2/Ud I2/Id I2ср/Id I2/I2ср I1*n/Id Р2/Pd Р1/Pd Рг/Pd Umобр/Ud Iv/I2 Iv/Id Imv/Id Ivср/Id mп Кп

Нулевые схемы выпрямления 2 3 4 2,22 1,11 0,86 1,57 0,71 0,58 1,00 0,50 0,33 1,57 1,41 1,73 1,21 1,00 0,47 3,49 1,57 1,48 2,69 1,11 1,21 3,09 1,34 1,35 3,14 3,14 2,09 1,11 1,11 0,77 1,74 0,79 0,44 1 1 1 1,00 0,50 0,33 1,00 2,00 3,00

0,79 0,50 0,25 2,00 0,71 1,57 1,11 1,34 2,22 0,64 0,32 1 0,25 4,00

0,74 0,41 0,17 2,45 0,58 1,81 1,28 1,55 2,09 0,51 0,21 1 0,17 6,00

Мостовые Греца Ларионова 1,11 0,43 1,00 0,82 0,50 0,33 0,00 0,00 1,00 0,82 1,11 1,05 1,11 1,05 1,11 1,05 1,57 1,05 0,79 0,54 0,79 0,44 1 1 0,50 0,33 2,00 6,00

1,57

0,13

0,06

0,67

0,67

0,25

6

0,06

50

Расчет многофазного выпрямителя по схеме с нулем вторичной обмотки при емкостной нагрузке

51

Построение нагрузочной характеристики

θ Cos θ (Sinθ –θ cosθ)/π

0 1 0

π/18 0,984 0,00056

π/6 0,866 0,0148

π/4 0,707 0,0483

π/3 0,5 0,128

π/2 0 0,318

52

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

53

54

Шестипульсовая нулевая схема «Звезда – две взаимообратных звезды с уравнительным реактором (УР)

6.3 Шестипульсовая нулевая схема «Звезда – две
взаимообратных звезды с уравнительным реактором (УР)»
6.3.1 Схема и её описание
Примем, что напряжение в питающей сети, а следовательно во
вторичной обмотке трансформатора синусоидальное.
u 2 2U 2 sin
(6.3.1)
Шестипульсовая нулевая схема «Звезда – две взаимообратных
звезды с уравнительным реактором (УР)» состоит из трехфазного
преобразовательного трансформатора Т с двумя трехфазными
вторичными обмотками, напряжение в одноименных фазах
которых сдвинут на 180 градусов электрических (рис.6.3.2).
Благодаря этому напряжение вторичных обмоток образует
шестифазную симметричную систему, т.е. произошло удвоение
числа фаз питающей сети (рис.6.3.1).
СО
ВО1
ВО2
Рисунок 6.3.2 — Шестипульсовая нулевая схема выпрямления
«Звезда – две обратные звезды с уравнительным реактором»
В каждую фазу вторичной обмотки включены диоды, общий
катод К которых подключается к +ш.
Для обеспечения параллельной работы двух диодов прямой и
обратной звезды, имеющих в данный момент наибольшее
напряжение на аноде, между нулевыми выводами О1 и О2
вторичных обмоток включен уравнительный реактор УР, средний
вывод которого 0 подключен к –ш (рис.6.3.2).
Электромагнитные процессы и процесс выпрямления
трехфазного переменного напряжения в постоянное ud наглядно
иллюстрируются временными диаграммами напряжений и токов в
элементах схемы (рис. 6.3.3)
На рисунке 6.3.3,а приведены (построены) временные
диаграммы напряжения ua1, ub3, uc5 нечетной звезды и
uc2,ua4,ub6 четной звезды.
6.3.2 Векторная диаграмма напряжений
а)
б)
U d max 2U 2 cos 30 (6.3.2)
Рисунок 6.3.1 – Векторная диаграмма напряжений ВО(а) и
амплитуды выпрямленного напряжения Ud max(б) при работе схемы в
режиме Id=Idкр
6.3.3 Временные диаграммы и порядок их построения
6′
1′
Рисунок 6.3.3 — Временные диаграммы напряжения вторичной обмотки u2, выпрямленного
напряжения ud и тока id , напряжения ep и тока iур уравнительного реактора, токов фазы a1
вторичной i2 и фазы А первичной i1 обмоток трансформатора, тока iV и обратного
напряжения диодного плеча V1 uV диода шестипульсовой схемы «Звезда – две взаимно
обратные звезды с уравнительным реактором» при xd=∞ и γ=0.
6′
1′
Рисунок 6.3.4 — Временные диаграммы напряжения вторичной обмотки u2, выпрямленного
напряжения ud и тока id, напряжения eр и токи iур уравнительного реактора, токов фазы a1
вторичной i2 и фазы А первичной i1 обмоток трансформатора, тока iV и обратного
напряжения диодного плеча uV диода шестипульсовой схемы «Звезда – две взаимно
обратные звезды с уравнительным реактором» при γ > 0
6.3.4 Режим работы схемы
При работе схемы возможны четыре режима:
1. Холостой ход, когда Id=0. Каждый диод и фаза трансформатор работает
2
независимо в течение V
, а мгновенное выпрямленное напряжение
6
изменяется по верхушкам u2 и от точки 6′ до 1‘ оно равно u d
Амплитуда выпрямленного напряжения в этом режиме равна
ub 6
U d max 2U 2
Среднее значение выпрямленного напряжения согласно (6.2.1*) при m=6 и U‘d max
U d 0
2U 2 sin
6 1,35U
2
(6.3.3)
6
2. 0
2
, а с учетом коммутации 2 ,
V
V
6
6
где — угол коммутации тока с диода заканчивающего работу на включившийся
Id
I УР max Режим условного холостого хода. В этом
3. Id=IdКР , т.е.
2
режиме работают параллельно диоды прямой и обратной звезды, имеющие в
данный момент максимальное напряжение на аноде. В момент 1 работают
параллельно V1, т.к. ua1 -> max в нечетной звезде, и V2, т.к. uc2 -> max в четной
звезде.
Для обеспечения параллельной работы диодов нечетной и четной звезды,
имеющих в данной момент максимальное напряжение на уравнительном
реакторе, должно наводиться напряжение eр , отмеченное на рис.6.3.3,а
ординатами вертикально и наклонно заштрихованных площадок, а на рис.6.3.3,б
приведены диаграммы напряжения eр и тока iур, под действием которого
наводится eр.
Видно, что частоты напряжения eр и тока iУР имеют тройную частоту по
сравнению с частотой питающей сети fур=3fc=3*50=150Гц.
С учетом 6.3.6. Амплитуда выпрямленного напряжения
равна
(6.3.4)
U
2 U cos30 эл.
d max
2
Среднее значение выпрямленного напряжения при m=6 и Udmax
Ud0
2U 2 cos 30 sin
6 1,17U
2
6
Выпрямленное напряжение за период 2π имеет шестикратную
пульсацию (рис.6.3.3,а).
4. Id>IdКР. В этом режиме обеспечивается параллельная работа двух
диодов разных звезд, но в момент коммутации тока с диода, заканчивающего
работу, на диод вступающий в работу, в течение угла одновременно работают 3
диода (рис. 6.3.4)
6.3.5 Работа схемы при Id=IdКP
Оказывается, сама схема обеспечивает прохождение тока ,
если Id/2 > IУР max. Пусть в момент времени работают параллельно
V1 и V2 и мгновенная схема имеет вид
Рисунок 6.3.5 – Мгновенная схема при работе V1 и V2
В этом режиме можно выделить в схеме три рабочих контура:
по контуру
протекает ток Id/2 по цепи
a1–V1 — K – Д– Xd – O – O1– a1.
по контуру
протекает ток Id/2 по цепи
С2 – V2 – Д – Xd – O – O2 – C2.
Работающие диоды можно представить как включенные
выключатели, поэтому возникает контур
, по которому под
действием разности потенциалов ua1 — uc2 потечет переменный ток iУР
по цепи
a1 – V1 – K – V2 – C2 – O2 – O – O1 – a1.
Магнитный поток, создаваемый током iУР наводит в обмотках O1 – O2
ЭДС eр. Так как разность анодных напряжений изменяется с тройной
частотой по ординатам вертикально и наклонно заштрихованных
площадок (рис. 6.3.3,а), то ЭДС eр будет иметь тройную частоту
(рис. 6.3.3,б)
Рассмотрим мгновенное выпрямленное напряжение при
работе V1 и V2.
Из контура
мгновенное значение выпрямленного
напряжения равно u u eP
d
a1
(6.3.4)
2
Из контура
напряжения равно
мгновенное значение выпрямленного
eP
u d uc 2
2
(6.3.5)
После сложения 6.3.4 и 6.3.5 найдем, что мгновенное значение
выпрямленного напряжения равно полу сумме напряжений
u a1 uc 2
работающих фаз
u
(6.3.6)
d
2
В таблице 6.3.1 приведена последовательность работы диодов и
напряжение ud за период от 0 до 2π
Таблица 6.3.1 – Последовательность работы диодов за полный
период от 0 до 2
Период
времен
между
точками
1
2
Работает V1
диод
нечетной
звезды
Работает
диод
четной
звезды
ud
V6
3
4
6
V5
V3
V2
5
V4
1
V1
V6
u a1 ub 6 u a1 uc 2 uc 2 ub 3 ub 3 ua 4 ua 4 uc 5 uc 5 ub 6 u a1 ub 6
2
2
2
2
2
2
2
6.3.6,а Распределение тока в фазах ВО
В момент Θ1 работают параллельно V1 и V2, поэтому ток в фазе a1
(рис. 6.3.3,г) и фазе c2 равны Id/2
6.3.6,б Распределение тока в фазах сетевой обмотки
Примем, что токи i1А, i1B, i1C направлены вверх. В момент 1 по первому закону
Кирхгофа для узла электрической цепи
i1A+i1B+i1C=0 (6.3.7)
по второму закону Кирхгофа для магнитной цепи
Id
Id
2 2 0
( 6 .3 .7 )
2
2
Id
i1A 1 i1B 1 2 0
(6.3.8)
2
Примем число витков первичной и вторичной обмотки равны 1 2 ,
i1A 1 i1C 1
Тогда коэффициен т траесформа ции Т
Id
из (6.2.4) получим i1C 2
2
Id
из (6.2.5) получим i1B
2
1
1
2
(6.3.10)
Подставим из (6.2.6) в (6.2.3) получим 3i1A=3Id/2
Id
2
Id
2
0
i1A
Тогда с учетом (6.2.6)
i1B
i1C
(6.3.11)
Если Кт≠1,то токи должны быть разделены на Кт.
Таким образом в сетевой обмотке ток проходит в фазах, у которых
работают одноименные фазы вентильной обмотки и токи сетевой и
вентильных обмоток направлены встречно
6.3.7 Основные расчетные соотношения схемы при Id=IdКР
Среднее значение выпрямленного напряжения для любой mпульсовой схемы
U d max sin
m
Из (6.2.I*) напряжение Ud0 равно U d 0
m
Для шестипульсовой нулевой схемы из рис. 6.3.1
напряжение U d max 2U 2 cos 30
число пульсаций за период 2π
Подставив значения m и Udmax в формулу Ud0 получим
Ud0
2U 2 cos 30 sin
6
6 1,17U
2
(6.3.I)
m=6
Расчетные параметры диодного плеча
Амплитуда обратного напряжения диодного плеча
U V max U 2 Л max 6 U 2
(6.3.12)
С учетом (6.3.I) U
V max
6U d 0
2,09U d 0
1,17
(6.3.II)
По UV max определяется число последовательно соединенных
диодов в рабочем режиме.
Максимальное значение тока диодного плеча
IV max
Id
2
(6.3.III)
По IV max определяется ток перегрузки Ivпер и рассчитывается
число параллельно включенных диодов в режиме перегрузки
1 Id Id
Среднее значение тока
(6.3.IV)
IV
3 2
6
диодного плеча
По Iv рассчитывается число последовательно включенных
диодов при токе IdH
Расчетные параметры обмоток трансформатора
Действующее значение тока ВО определяется из условия равенства
нагрева обмотки непрерывно протекающим током I2 за период 2π и
реальным током, протекающим через эту обмотку (рис.6.3.3)
2
I
2
(6.3.13)
I 22 2 r2 d
r2
2 3
Id
I2
2 3
По
I2
откуда
выбирается сечение фаз ВО.
(6.3.V)
Расчетная мощность, определяющая общие затраты
материалов на ВО при m2=6 с учетом (6.3.I) и (6.3.V)
Id Ud 0
S 2 6 I 2U 2 6
1,48Pd (6.3.VI)
Действующее значение тока СО 2 3 1,17
2
I 2
2
I
2
I1 2 r1 d d
r1 (6.3.14)
KT 2 KT 2 3
Id
(6.3.VII)
I1
KT 6
По I1 выбирается сечение фаз СО
Расчетная мощность всех, определяющая общие затраты
активных материалов на фазы СО при m1=3 с учетом (6.3.I) и (6.3.VII)
U d 0 KT
Id
1,05Pd
S1 3 I1 U1 3
(6.3.VIII)
1,17
KT 6
Мощность УР
SУР 0,07Pd
Типовая мощность трансформатора
S1 S 2 1,48 1,05
ST
Pd 1,26 Pd
2
2
(6.3.IX)
(6.3.X)
Суммарная типовая мощность трансформатора и УР
ST ST SУР 1,33Pd
Выводы: 1. Основные недостатки
2. Достоинства
(6.3.XI)
Основные достоинства:
Все диодные плечи находятся под одним потенциалом, поэтому
при применении многоанодных ртутных выпрямителей
упрощается изоляция системы охлаждения и поддержания
вакуума.
Основные недостатки:
1. Большая расчетная и типовая мощность трансформатора, а
следовательно большой расход активных материалов на
конструкцию трансформатора;
2. Наличие УР требует дополнительных затрат активных
материалов на конструкцию;
3. Возникновение скачка выпрямленного напряжения (пика
холостого хода) с Ud0=1.17U2 до U0‘=1,35U2 при уменьшении
тока с Id КР до Id=0 (рис. 6.3.6)
Это влияет отрицательно на работу машин ЭПС и освещения
вагонов.
4. Для устранения скачка выпрямленного напряжения необходимо
устанавливать утроители частоты.
Пик
холостого
хода
Рисунок 6.3.6 – Внешняя характеристика шести пульсовой схемы
звезда – две обратных звезды с уравнительным реактором
Трехфазный выпрямитель

— обзор

2.3.2 Трехфазные выпрямители

Трехфазные выпрямители используются для различных маломощных и высокомощных приложений, таких как системы ИБП, частотно-регулируемые приводы, циклоконверторы, регуляторы переменного напряжения и т. Д. [ 4]. Большинство этих выпрямителей управляются IGBT, MOSFET или кремниевыми выпрямителями (SCR). Выпрямители на основе тиристоров классифицируются на основе количества импульсов, используемых для преобразования, а именно:

•

Шестипульсный выпрямитель

•

12-пульсный выпрямитель

•

18 -импульсный выпрямитель

•

24-пульсный выпрямитель

В основном шестипульсные и 12-пульсные выпрямители используются в различных приложениях из-за экономики, размера изделия и других ограничений.

Содержание гармоник тока для идеальной волны тока представляет собой основной ток, разделенный на порядок гармоник [5]:

(2.1) Ih = Ifh

, где:

I _h — гармонический ток для определенного порядка гармоник

I _f — основной ток

h — порядок гармоник.

Гармоники тока, подаваемые выпрямителем, определяются по количеству его импульсов. Когда число импульсов известно, порядок высших гармоник, генерируемых выпрямителем, рассчитывается по формуле.(2.2):

(2.2) h = NP ± 1

, где:

h — порядок гармоник

N — целое положительное число

P — количество импульсов.

Пример 2.2: Получить порядок гармоник, вводимых шестипульсным выпрямителем.

Решение:

N равно 1

P равно 6

Из уравнения. (2.2) гармонический порядок равен «−1».

h = 5

Из уравнения. (2.2) гармонический порядок равен «+1».

h = 7

Основными порядками гармоник, генерируемых шестипульсным преобразователем, являются пятый и седьмой порядки.

Пример 2.3: Получить порядок гармоник, вводимых 12-пульсным выпрямителем.

Решение:

N равно 1

P равно 12

Из уравнения. (2.2) гармонический порядок равен «–1».

h = 11

Из уравнения. (2.2) гармонический порядок равен «+1».

h = 13

Основными порядками гармоник, генерируемых 12-импульсным преобразователем, являются 11-й и 13-й порядки.

Пример 2.4: Рассчитайте ток пятой, седьмой, 11-й, 13-й и 19-й гармоник из тока основной гармоники 100 А.

Решение:

Основная частота равна 100 A.

1.

Из уравнения. (2.1), гармонический ток пятого порядка I5 = undefined 1005 = 20 A

2.

Из уравнения. (2.1), гармонический ток седьмого порядка I7 = undefined 1007 = 14,3 A

3.

Из уравнения. (2.1), гармонический ток 11-го порядка I11 = undefined 10011 = 9,1 A

4.

Из уравнения. (2.1), гармонический ток 13-го порядка I13 = undefined 10013 = 7.7 A

5.

Из уравнения. (2.1), гармонический ток 17-го порядка I17 = undefined10017 = 5,9 A

6.

Из уравнения. (2.1), гармонический ток 19-го порядка I19 = undefined 10019 = 5,3 A

Из приведенных выше расчетов, гармонический ток пятого порядка равен 20 A, гармонический ток седьмого порядка составляет 14,3 A, гармонический ток 11-го порядка равен 9,1 A, гармонический ток 13-го порядка ток 7,7 А, гармонический ток 17-го порядка 5,9 А, гармонический ток 19-го порядка 5.3 А. Величина гармонического тока уменьшается с увеличением порядка гармоник. Для уменьшения величины гармонического тока вместо шестипульсного выпрямителя используется 12-пульсный выпрямитель. Преимущество 12-пульсного преобразователя по сравнению с 6-пульсным преобразователем заключается в уменьшении гармонического тока и уменьшенных THD тока, поэтому для ослабления требуется меньший размер фильтра гармоник, а также уменьшается общий ток, протекающий в цепи, что приводит к уменьшению потерь мощности ( I ² R ).

A. Шестиимпульсный выпрямитель:

Шестиимпульсный выпрямитель используется в приводах, системах ИБП, циклоконверторах и т. Д. Как для устройств с низкой, так и с высокой мощностью. Они генерируют гармоники пятого и седьмого порядка большей амплитуды. Типичный спектр гармоник тока, генерируемого шестипульсным выпрямителем, в% для фазы R показан на рис. 2.5.

Рисунок 2.5. Спектр гармоник тока в% для шестипульсного выпрямителя.

THD , Полный коэффициент гармонических искажений.

Из рис. 2.5 основными гармоническими порядками являются седьмой, пятый, 11-й и 13-й. Другие порядки гармоник также присутствуют, но имеют меньшие проценты по сравнению с этими четырьмя порядками.

Пример 2.5: Трехфазный частотно-регулируемый привод, 415 В, 5 кВт, работает при 3,6 кВт. Ток, потребляемый схемой выпрямителя в ЧРП, составляет 5,7 А на фазу при коэффициенте мощности с запаздыванием 0,9.

Мгновенное напряжение фазы R относительно нейтрали показано на рис. 2.6, а мгновенный ток фазы R показан на рис.2.7.

Рисунок 2.6. Мгновенное напряжение фазы R относительно нейтрали.

Рисунок 2.7. Мгновенный ток фазы R .

Соответствующий спектр гармоник тока фазы R в% для рис. 2.7 показан на рис. 2.8, а спектр гармоник тока в абсолютных амперах показан на рис. 2.9.

Рисунок 2.8. Спектр гармоник тока в% для фазы R .

THD , Полный коэффициент гармонических искажений.

Рисунок 2.9. Спектр гармоник тока в А для фазы R .

THD , Полный коэффициент гармонических искажений.

Из рис. 2,8 и 2,9, THD составляет 47%, а абсолютный ток равен 2,5 A. Порядок основных гармоник и их величины перечислены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Гармоники тока, генерируемые шестипульсным частотно-регулируемым приводом.

9017 902 11 902 9018 9018 902 9017 90224 Практические примеры 2,1 приведены в приложении.

B. Двенадцатипульсный выпрямитель:

Двенадцатиимпульсный выпрямитель используется в частотно-регулируемых приводах, системах ИБП и т. Д., А также в приложениях с более высокой мощностью из соображений экономии. При таком же номинале 12-пульсный системный выпрямитель стоит на 40–60% больше, чем шестипульсный выпрямитель.Он генерирует гармоники 11-го и 13-го порядка большей амплитуды. Типичный 12-импульсный спектр гармоник тока, генерируемых выпрямителем, в% показан на рис. 2.10.

Рисунок 2.10. Спектр гармоник тока в% для 12-пульсного выпрямителя.

DC , постоянный ток; THD , полное гармоническое искажение.

Из рис. 2.10 видно, что 12-пульсный преобразователь имеет порядок высших гармоник 11-го и 13-го порядка по величине по сравнению с пятым и седьмым порядками.

Пример 2.6: Трехфазная система ИБП 415 В, 160 кВА контролируется в течение 10 минут с 18:02:22 до 18:12:47.

Ток, потребляемый выпрямительной цепью системы ИБП, составляет 56 А на фазу при коэффициенте мощности 0,75. Мгновенное напряжение между фазой и нейтралью показано на рис. 2.11, а мгновенный ток — на рис. 2.12.

Рисунок 2.11. Мгновенное напряжение фазы относительно нейтрали.

Рисунок 2.12. Мгновенный ток трех фаз.

Соответствующий спектр гармоник тока в% для рис. 2.12 показан на рис. 2.13, а спектр гармоник тока в абсолютных амперах показан на рис. 2.14.

Рисунок 2.13. Спектр гармоник тока в%.

DC , постоянный ток; THD , полное гармоническое искажение.

Рисунок 2.14. Спектр гармоник тока в A.

THD , Полный коэффициент гармонических искажений.

Из рис. 2.13 и 2.14, THD составляет 10%, а абсолютный гармонический ток равен 5.6 A. Индивидуальный порядок основной гармоники и его величины перечислены в таблице 2.3.

Таблица 2.3. Гармоники тока, генерируемые 12-пульсной системой бесперебойного питания.

Порядок гармоник	Гармоники в%	Гармоники в А
Суммарные гармонические искажения по току	47	2.5
3-й	3	0,14
5-й	36	1,9
7-й	26	1,39
7	0,39
13-й	9	0,5
15-й	2	0,07
17-й	4
19-й	6	0,32
23-й	3	0,18
25-й	4	0,25

902 1317 902 902 902 5,5 902 9018 902

Порядок гармоник	Гармоники в%	Гармоники в А
Суммарные гармонические искажения по току	10	5,6
	5,7	3	1.6
7-й	0,8	0,4
9-й	1	0,5
11-й	6	3,2
1	0,5
17-й	0,9	0,4
19-й	0,9	0,4
23-й	3.3	1,8
25-й	3,3	1,8

Текущий тренд THD в% для продолжительности мониторинга 10 минут показан на рис. 2.15.

Рисунок 2.15. Текущая тенденция общего гармонического искажения в%.

Трехфазные выпрямители — Техническая информация — Новости

Трехфазные выпрямители

Однофазные выпрямители обычно используются в источниках питания для бытовой техники. Однако для большинства промышленных и мощных применений схемы трехфазного выпрямителя являются нормой.Как и однофазные выпрямители, трехфазные выпрямители могут иметь форму полуволновой схемы, двухполупериодной схемы с использованием трансформатора с центральным отводом или двухполупериодной мостовой схемы.

Тиристоры обычно используются вместо диодов для создания схемы, которая может регулировать выходное напряжение. Многие устройства, которые обеспечивают постоянный ток , фактически генерируют трехфазного переменного тока. Например, автомобильный генератор переменного тока содержит шесть диодов, которые работают как двухполупериодный выпрямитель для зарядки аккумулятора.

Трехфазная полуволновая схема

Управляемая трехфазная полуволновая схема выпрямителя, использующая тиристоры в качестве переключающих элементов, без учета индуктивности питания

Неуправляемая трехфазная полуволновая схема средней точки требует трех диодов, по одному к каждой фазе. Это простейший тип трехфазного выпрямителя, но он страдает от относительно высоких гармонических искажений как на соединениях переменного, так и на постоянном токе. Считается, что этот тип выпрямителя имеет количество импульсов три, так как выходное напряжение на стороне постоянного тока содержит три отдельных импульса на цикл частоты сети:

Пиковые значения этого трехимпульсного напряжения постоянного тока вычисляются. из среднеквадратичного значения {\ displaystyle V _ {\ mathrm {LN}}} входного фазного напряжения (напряжение между фазой и нейтралью, 120 В в Северной Америке, 230 В в Европе при работе от сети): {\ displaystyle V _ {\ mathrm { пик}} = {\ sqrt {2}} \ cdot V _ {\ mathrm {LN}}}.Среднее выходное напряжение холостого хода получается из интеграла под графиком положительной полуволны с длительностью периода (от 30 ° до 150 °):

Трехфазная двухполупериодная схема с использованием трансформатора с центральным отводом

Управляемая трехфазная двухполупериодная схема выпрямителя с использованием тиристоров в качестве переключающих элементов, с трансформатором с центральным отводом, без учета индуктивности питания

Если питание переменного тока подается через трансформатор с центральным ответвлением, схема выпрямителя с улучшенным могут быть получены гармонические характеристики.Для этого выпрямителя теперь требуется шесть диодов, по одному на каждом конце каждой вторичной обмотки трансформатора. Эта схема имеет шесть импульсов и, по сути, может рассматриваться как шестифазная полуволновая схема.

До того, как стали доступны твердотельные устройства, полуволновая схема и двухполупериодная схема с использованием трансформатора с центральным отводом очень часто использовались в промышленных выпрямителях с ртутно-дуговыми клапанами. ^[4] Это произошло потому, что три или шесть входов источника питания переменного тока можно было подавать на соответствующее количество анодных электродов на одном резервуаре с общим катодом.

С появлением диодов и тиристоров эти схемы стали менее популярными, а трехфазная мостовая схема стала наиболее распространенной схемой.

Трехфазный мостовой выпрямитель неуправляемый

Автомобильный генератор в разобранном виде с шестью диодами, составляющими двухполупериодный трехфазный мостовой выпрямитель.

Для неуправляемого трехфазного мостового выпрямителя используется шесть диодов, и схема снова имеет количество импульсов шесть. По этой причине его также часто называют шестипульсным мостом.В упрощенном виде схему B6 можно рассматривать как последовательное соединение двух трехпульсных центральных цепей.

Для применений с низким энергопотреблением двойные диоды, соединенные последовательно, с анодом первого диода, соединенным с катодом второго, изготавливаются как единый компонент для этой цели. Некоторые имеющиеся в продаже двойные диоды имеют все четыре клеммы, поэтому пользователь может настроить их для использования с однофазным разделенным питанием, полумостом или трехфазным выпрямителем.

Для приложений с более высокой мощностью обычно используется одно дискретное устройство для каждого из шести плеч моста.Для самых высоких мощностей каждое плечо моста может состоять из десятков или сотен отдельных устройств, подключенных параллельно (где требуется очень высокий ток, например, при плавке алюминия) или последовательно (где требуются очень высокие напряжения, например, в высоковольтная передача электроэнергии постоянного тока).

Управляемая трехфазная двухполупериодная мостовая схема выпрямителя (B6C) с использованием тиристоров в качестве переключающих элементов без учета индуктивности питания

Пульсирующее постоянное напряжение возникает из-за разницы мгновенных положительных и отрицательных фазных напряжений {\ displaystyle V_ { \ mathrm {LN}}}, сдвинутый по фазе на 30 °:

Идеальное среднее выходное напряжение без нагрузки цепи B6 получается из интеграла под графиком импульса напряжения постоянного тока с длительностью периода ( от 60 ° до 120 °) с пиковым значением {\ displaystyle {\ hat {v}} _ {\ mathrm {DC}} = {\ sqrt {3}} \ cdot V _ {\ mathrm {peak}}}:

3-фазный вход переменного тока, полуволна и двухполупериодный выпрямленный выходной сигнал постоянного тока

Если трехфазный мостовой выпрямитель работает симметрично (как положительное и отрицательное напряжение питания), центральная точка выпрямителя на выходе сторона (или так называемый изолированный опорный потенциал) напротив центральной точки транс бывший (или нейтральный проводник) имеет разность потенциалов в виде треугольного синфазного напряжения.По этой причине два центра никогда не должны быть соединены друг с другом, иначе могут протекать токи короткого замыкания. Таким образом, заземление трехфазного мостового выпрямителя при симметричном режиме работы развязано от нейтрального проводника или заземления сетевого напряжения. При питании от трансформатора возможно заземление центральной точки моста при условии, что вторичная обмотка трансформатора электрически изолирована от напряжения сети и точка звезды вторичной обмотки не находится на земле.Однако в этом случае (пренебрежимо малые) токи утечки протекают по обмоткам трансформатора.

Синфазное напряжение формируется из соответствующих средних значений разницы между положительным и отрицательным фазными напряжениями, которые образуют пульсирующее напряжение постоянного тока. Пиковое значение дельта-напряжения составляет пикового значения фазного входного напряжения и рассчитывается с минус половиной напряжения постоянного тока при 60 ° периода:

Среднеквадратичное значение синфазного напряжения рассчитывается из форм-фактор для треугольных колебаний:

• Если схема работает асимметрично (как простое напряжение питания только с одним положительным полюсом), как положительный, так и отрицательный полюса (или изолированный опорный потенциал) пульсируют напротив центра (или земли ) входного напряжения аналогично положительной и отрицательной осциллограммам фазных напряжений.Однако различия в фазных напряжениях приводят к шестиимпульсному постоянному напряжению (в течение периода). Строгое отделение центра трансформатора от отрицательного полюса (в противном случае будут протекать токи короткого замыкания) или возможное заземление отрицательного полюса при питании от изолирующего трансформатора, соответственно, применимы к симметричной работе.
  

Трехфазный мостовой выпрямитель, управляемый

Управляемый трехфазный мостовой выпрямитель использует тиристоры вместо диодов.Выходное напряжение уменьшается на коэффициент cos (α):

• Или, выраженный через линейное входное напряжение: ^[5]

  Где:
  

• В _LLpeak , пиковое значение линейных входных напряжений,

• В _{пиковое} , пиковое значение фазных входных напряжений (между фазой и нейтралью),

• α, угол включения тиристора (0, если диоды используются для выполнения выпрямления)

Приведенные выше уравнения действительны только в том случае, если ток не потребляется от источника переменного тока или в теоретическом случае, когда соединения источника переменного тока не имеют индуктивности.На практике индуктивность источника питания вызывает уменьшение выходного напряжения постоянного тока с увеличением нагрузки, обычно в диапазоне 10–20% при полной нагрузке.

Влияние индуктивности питания заключается в замедлении процесса переключения (называемого коммутацией) от одной фазы к другой. В результате при каждом переходе между парой устройств существует период перекрытия, в течение которого три (а не два) устройства в мосте проводят одновременно. Угол перекрытия обычно обозначается символом μ (или u) и может составлять 20–30 ° при полной нагрузке.

С учетом индуктивности питания выходное напряжение выпрямителя уменьшается до:

Где:

Трехфазный мостовой выпрямитель Гретца при альфа = 0 ° без перекрытия

Трехфазный мостовой выпрямитель Гретца при альфа = 0 ° с углом перекрытия 20 °

Трехфазный мостовой выпрямитель Гретца с альфа = 20 ° и углом перекрытия 20 °

Трехфазный мостовой выпрямитель Гретца с альфа = 40 ° и углом перекрытия 20 °

Двенадцатипульсный мост [править]

Двенадцатиимпульсный мостовой выпрямитель с тиристорами в качестве переключающих элементов

Хотя схемы шестипульсного выпрямителя лучше, чем однофазные или трехфазные полуволновые выпрямители, они все же производят значительные гармонические искажения. соединения переменного и постоянного тока.Для выпрямителей очень большой мощности обычно используется двенадцатипульсное мостовое соединение. Двенадцатиимпульсный мост состоит из двух шестиимпульсных мостовых схем, соединенных последовательно, причем их соединения переменного тока питаются от трансформатора питания, который обеспечивает сдвиг фазы на 30 ° между двумя мостами. Это подавляет многие характерные гармоники, которые создают шестиимпульсные мосты.

Фазовый сдвиг на 30 градусов обычно достигается за счет использования трансформатора с двумя наборами вторичных обмоток: один соединен звездой (звездой), а другой — треугольником.

Выбор фильтрующих конденсаторов для трехфазных мостовых выпрямителей

Почти во всех автономных импульсных источниках питания с выходной мощностью более нескольких киловатт используется трехфазный мостовой выпрямитель. Обычно он состоит из шестидиодного моста и конденсатора фильтра звена постоянного тока. Правильный выбор конденсатора фильтра очень важен, поскольку он влияет на коэффициент мощности, входные гармонические искажения и пульсации выходного напряжения. В соответствии с очень строгим европейским стандартом IEC 61000 3 12 для трехфазных устройств общее гармоническое искажение (THD) входного тока не должно превышать 48% в диапазоне входного тока от 16 A до 75 A RMS на фазу.Для устройств с меньшей мощностью, до 16 А на фазу, даже более строгий стандарт IEC 61000 3 2 ограничивает уровень искажений входного тока на 33,8% от THD. Оба значения верны для жесткой линии электропередачи, т.е. форма входного напряжения линии электропередачи должна быть практически неискаженной. Это наихудший сценарий для трехфазного выпрямителя с точки зрения гармонических искажений и коэффициента мощности.

Стандартный однофазный мостовой выпрямитель, работающий на чисто резистивной нагрузке, без фильтрующего конденсатора, демонстрирует идеальный 100% коэффициент мощности и нулевой коэффициент нелинейных искажений.Напротив, трехфазный мостовой выпрямитель с резистивной нагрузкой показывает только 95% коэффициента мощности и 30% THD. Конденсатор фильтра шины постоянного тока любой емкости дополнительно снижает коэффициент мощности и увеличивает THD. К сожалению, импульсный источник питания не может работать без конденсатора фильтра шины, поскольку для силового инвертора требуется источник постоянного напряжения с низким импедансом как для частоты переключения, так и для всех ее гармоник. Это необходимо как для эффективного преобразования энергии, так и для снижения кондуктивных выбросов в линию электропередачи.

На рис. 1 показан фрагмент типичной схемы инвертора большой мощности, состоящий из фильтра электромагнитных помех, за которым следуют трехфазный мостовой выпрямитель и полномостовой инвертор на БТИЗ. Конденсатор фильтра шины выпрямителя состоит из параллельно соединенных C1, C2, C3, C4 и C5. Конденсаторы C3 и C4 представляют собой демпфирующие конденсаторы, устанавливаемые непосредственно в модуле IGBT. Они защищают модули IGBT от опасных скачков напряжения во время отключения IGBT. Они имеют типичную емкость около 2 мкФ, очень низкий ESL и высокий номинальный ток пульсаций RMS.Конденсаторы C2 и C5 составляют резервуар энергии шины постоянного тока для преобразования энергии. Они испытывают высокий импульсный ток разряда дважды за период переключения. Этот ток имеет форму волны и амплитуду, в некоторой степени аналогичную абсолютному значению выходного тока инвертора. Следовательно, общее значение C2 и C5 должно быть достаточно большим, чтобы избежать сильных высокочастотных пульсаций напряжения на шине. Кроме того, они должны выдерживать очень высокие среднеквадратичные пульсации тока.

С другой стороны, излишне большое значение C2 и C5 приводит к низкому коэффициенту мощности и неприемлемому THD входного тока линии.Катушки индуктивности L1, L2 и конденсатор C1 составляют симметричный фильтр нижних частот для подавления пульсаций напряжения на шине. Резисторы R1 и R2 гасят паразитные колебания на гармониках частоты коммутации. Как и C2 и C5, C1 также вносит свой вклад в общую емкость шины с точки зрения входного коэффициента мощности и THD.

Чтобы определить количественную связь между THD и характеристиками схемы, сначала давайте определим важный параметр M как:

Где F _линия — частота линии электропередачи в Гц, шина C — общая емкость шины в мкФ, В _линия — входное среднеквадратичное напряжение линии к линии в В переменного тока, это выходная мощность инвертора в Вт.Как правило, чем ниже M, тем ниже THD, но тем выше высокочастотные пульсации напряжения на конденсаторах шины. В таблице 1 показаны расчетные характеристики схемы в зависимости от M при типичной частоте коммутации силового инвертора 30 кГц. В этой таблице низкая частота означает шестикратную частоту линии, то есть 300 или 360 Гц. Высокая частота означает удвоение частоты коммутации инвертора, то есть 60 кГц. Оба типа пульсаций напряжения накладываются на среднее выпрямленное линейное напряжение. Таблица позволяет разработчику источника питания быстро и легко найти подходящие компоненты схемы, избегая сложных математических уравнений.

Смоделированные формы сигналов работы схемы при сетевом напряжении 208 В переменного тока, M = 40000 (THD = 33%) и M = 100000 (THD = 48%) показаны на Рис. 2 и 3 соответственно. Спектр фазового входного тока содержит много нечетных гармоник линейной частоты, но только 5-я, 7-я и 11-я гармоники вносят заметный вклад в THD. Пятая гармоника всегда вносит наибольший вклад в THD во всех трехфазных мостовых выпрямителях.

Высокочастотные пульсации напряжения, индуцированные током инвертора, вызывают два отрицательных эффекта: кондуктивные дифференциальные электромагнитные помехи и высокий среднеквадратичный пульсирующий ток через конденсаторы шины C2 и C5.Следовательно, эти конденсаторы должны быть выбраны так, чтобы выдерживать этот ток. В то время как высокочастотное пульсирующее напряжение обратно пропорционально частоте коммутации инвертора, среднеквадратичный ток конденсатора шины не зависит от частоты коммутации; однако это зависит от используемой топологии силового инвертора.

Силовой инвертор, работающий вместе с трехфазным мостовым выпрямителем, испытывает очень сильные колебания напряжения шины постоянного тока из-за наложения пульсаций напряжения низкой и высокой частоты.Например, если источник питания работает от промышленной трехфазной линии питания 208 В переменного тока ± 10% 60 Гц при максимально допустимом THD = 48%, мгновенное напряжение на шине может варьироваться от 220 В до 320 В во время работы. Столь широкий диапазон напряжения на шине отрицательно сказывается на работе силового инвертора. Почти все практически используемые полные мостовые схемы инвертора не могут генерировать пиковое выходное напряжение переменного тока инвертора (также известное как выходное напряжение источника питания, отраженное в первичную обмотку силового трансформатора) выше, чем напряжение на шине.По этой причине пиковое выходное напряжение инвертора следует выбирать ниже минимально возможного мгновенного напряжения на шине. Это приводит к значительному увеличению выходной мощности инвертора и пикового входного тока для поддержания требуемого уровня выходной мощности. Это, в свою очередь, приводит к снижению эффективности преобразования мощности и повышению напряжения пульсации высокочастотной шины.

Однако существуют две известные топологии полностью мостовых инверторов с понижающим / повышающим преобразователем, которые лишены этого недостатка. Первый — относительно хорошо известный инвертор LLC, а второй — менее известный инвертор CLC.Оба могут обеспечивать пиковое выходное напряжение переменного тока выше, чем напряжение на шине, и в обоих используется регулировка частоты. Инвертор CLC показывает намного меньшие потери мощности переключения и более низкие высокочастотные электромагнитные помехи, чем инвертор LLC; однако он содержит дополнительный демпфирующий конденсатор на каждом IGBT в мосте.

Данные о высокочастотных пульсациях напряжения в таблице выше рассчитаны для топологии инвертора LLC или CLC. Выбранное пиковое выходное напряжение инвертора равно среднему напряжению шины постоянного тока при номинальном линейном напряжении.Это означает, что оно больше минимально возможного напряжения на шине, но ниже самого высокого. Разумный практический выбор компонентов для инвертора мощностью 25 кВт, работающего от сетевого напряжения 208 В переменного тока, составляет 230 мкФ 500 В для C1, C2, C5 (ECI UL30 или аналогичный тип), 47 мкГн 100 А для L2, L2, 4,7–10 Вт для R1, R2. В этом примере M = 100000 при полной выходной мощности. В этих условиях уровень кондуктивных электромагнитных помех соответствует всем международным промышленным требованиям даже при использовании простого одноступенчатого входного фильтра электромагнитных помех, подобного показанному на рис.1.

ССЫЛКИ

1. Международный стандарт CEI / IEC 61000-3-12: 2004

2. А. Соколов «Преобразователь постоянного тока в постоянный ток мощностью 100 кВт с резонансным π-фильтром». Power Electronic Technology, январь 2009 г., стр. 18 21.

Различные типы выпрямителей

Выпрямитель — это электронная схема, преобразующая переменный ток в постоянный. По типу входного питания, выпрямления и выхода его можно разделить на разные типы.

Однофазный выпрямитель

Однофазные выпрямители используются для преобразования однофазных источников переменного тока в постоянный ток. То есть однофазный трансформатор используется для подачи на выпрямитель. Однофазные выпрямители в основном используются для приложений с низким энергопотреблением, таких как бытовые электроприборы, бытовые электронные устройства и т. Д.

Схема однополупериодного выпрямителя, 1 фаза

Трехфазный выпрямитель

Выпрямитель 3Ф — это электронная схема, которая преобразует трехфазный переменный ток в однонаправленный выход постоянного тока.Трехфазные выпрямители в основном используются в промышленных и мощных приложениях.

В трехфазной электросети переменный ток той же частоты и амплитуды напряжения проходит по трем проводникам с разностью фаз 120 ^o градусов между каждой фазой. В то время как однофазное питание — это одна из трех фаз по отношению к нейтрали или общей контрольной точке трех фазных линий.

При трехфазном выпрямлении выходной сигнал получается из трех фаз, подаваемых в схему выпрямителя.

Автор Кришнаведала — Собственная работа, CC BY-SA 3.0, Ссылка

Сравнение однофазных и трехфазных выпрямителей

Однофазный выпрямитель	Трехфазный выпрямитель
Вход двухпроводный. Низкое энергопотребление. Низкий КПД. Коэффициент пульсации высокий. Максимальное выходное напряжение — это максимальный потенциал между фазой и нейтралью. Меньше TUF (коэффициент использования трансформатора). Требуются дополнительные фильтры. Low PIV (пиковое обратное напряжение).	Вход трехпроводной или четырехпроводной (трехфазная линия и одна нейтраль). Высокая мощность. Высокая эффективность. Коэффициент пульсации меньше. Максимальное выходное напряжение — это максимальный межфазный потенциал. Подробнее TUF. Никаких дополнительных фильтров не требуется. Высокий PIV.

Неконтролируемый

Неуправляемая выпрямительная схема — это выпрямительные схемы общего назначения, в которых используются только диоды. Диодные выпрямители не контролируют выходное напряжение, поэтому их называют неуправляемыми выпрямителями.

Полуволна

Полупериодный выпрямитель — это тип выпрямителя, который преобразует только положительный полупериод входного переменного тока в пульсирующий постоянный ток.

Схема неуправляемого трехфазного однополупериодного выпрямителя

Здесь в цепи 3 фазы подключены к аноду трех диодов D1, D2 и D3.Катод всех трех диодов подключен к одному выводу нагрузки. Другой вывод нагрузки подключен к нейтрали. Следовательно, максимальное выходное напряжение на нагрузке — это максимальное пиковое напряжение фазовой линии относительно нейтральной точки, которое в идеале равно нулю вольт.

Диоды D1, D2, D3 поочередно проводят в зависимости от изменения фазы. Мгновенное выходное напряжение будет равно напряжению фазной линии, имеющей наивысший потенциал.

Полная волна

Полнопериодный выпрямитель — это схема выпрямителя, которая преобразует оба полупериода входного переменного тока в пульсирующий постоянный ток.

Схема неуправляемого однофазного двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением

Приведенная ниже схема трехфазного мостового выпрямителя состоит из шести диодов. В двухполупериодном выпрямителе напряжение на нагрузке — это напряжение между двумя фазами.

3 φ Неуправляемая двухполупериодная схема мостового выпрямителя

Диоды D1, D2, D3 выбирают, когда соответствующая фаза достигает наибольшего положительного напряжения, а диоды D4, D5, D6 выбирают наиболее отрицательное напряжение.

Полууправляемый

Управляемые выпрямители — это тип выпрямителей с фазовым управлением, которые управляют выходом с помощью тиристоров или тиристоров. В выпрямителях этого типа выходное напряжение выпрямителя можно регулировать, управляя срабатыванием тиристора.

Тиристор или SCR — это многослойное полупроводниковое устройство, состоящее из трех выводов: анода, катода и затвора. Он функционирует как коммутационное устройство с электрическим управлением. Он проводит только в одном направлении и всегда блокирует обратный ток.

При обратном смещении тиристор блокирует обратный ток так же, как работает диод с обратным смещением. Но при прямом смещении он ведет себя не так, как обычный диод. Чтобы включить или запустить тиристор в режим проводимости, необходимо приложить небольшой ток к его клемме затвора. И при срабатывании ток начинает течь от анода к катоду.

Импульс затвора требуется только для запуска устройства, после срабатывания SCR он остается в проводящем состоянии независимо от тока затвора после этого.SCR выключается, когда прямой ток падает ниже своего порогового значения или из-за отрицательного тока затвора. В схеме выпрямителя тиристор отключается при изменении напряжения в следующем полупериоде.

Трехфазный двухполупериодный мостовой выпрямитель с полууправлением

Полууправляемый выпрямитель состоит из равного количества тиристоров и диодов, то есть общее количество компонентов выпрямителя включает половину количества тиристоров и половину количества диодов. Это означает, что однофазный полууправляемый мостовой выпрямитель состоит из 2 диодов и 2 тиристоров; то есть просто 2 диода в неуправляемом выпрямителе заменяются двумя тиристорами.

Полный контроль

В полностью управляемом выпрямителе все компоненты выпрямителя являются переключающими устройствами, которые управляются внешним импульсом.

Полностью управляемая однофазная двухполупериодная мостовая схема выпрямителя

Регулировка мощности управляемого выпрямителя осуществляется путем регулировки угла зажигания или временной задержки запускающего импульса. Управляя стробирующим импульсом, SCR можно включать под разными углами фазы, и, таким образом, можно управлять фазой каждого полупериода.

Схема трехфазного однополупериодного выпрямителя с полным управлением

Тиристорная силовая электроника, 7 тиристорных трехфазных выпрямителя / инвертора

% PDF-1.4 % 1 0 obj> поток application / pdfТиристорная силовая электроника, 7 тиристорный трехфазный выпрямитель / инвертор

Festo Didactic

PDFCreator 2.3.0.1032016-04-12T09: 42: 45-04: 002016-04-12T09: 42: 45-04: 00Festo Didactic конечный поток эндобдж 2 0 obj> / Parent 8 0 R / Rotate 0 / MediaBox [0 0 595 842] / TrimBox [0 36.105896 594.959961 806.054077] >> эндобдж 3 0 obj> поток xZ͎ #

Флэш-карточки по бесплатной радиологии о коррекции

Вопрос	Ответ
Определите исправление.	Процесс преобразования переменного тока (AC) в пульсирующий постоянный ток (DC).
Какие 2 метода исправления?	Самостоятельное исправление; вакуумная лампа или твердотельный диодный выпрямитель.
Какой метод ректификации используется в мобильной радиографии?	Самопрямление
Как подключаются системы выпрямления?	Они подключаются между вторичной обмоткой рентгеновского трансформатора и рентгеновской трубкой.
Какой тип полупроводника используется чаще всего?	Кремний
Определите кремний n-типа.	Кремний, «легированный» мышьяком с дополнительным электроном. (n означает отрицательный)
Кремний P-типа	Кремний, содержащий галлий и не имеющий одного электрона. (P означает положительный результат)
Какое устройство используется для проверки исправности выпрямителей?	Волчок
Что такое осциллограф?	Устройство, используемое для проверки таймера в трехфазном, 12-импульсном оборудовании.
Почему мышьяк называют «донорным атомом»?	Потому что он снабжает электронами.
Почему галлий называют «акцепторным атомом»?	Потому что он может принимать электроны.
Сколько валентных электронов в атоме кремния?	4
Сколько электронов валанса находится во внешней оболочке галлия?	3
В кремнии используется __________ связка.	Covalent
Где находится выпрямитель в цепи рентгеновского излучения?	Между вторичной обмоткой рентгеновского трансформатора и рентгеновской трубкой.
В чем заключается основной недостаток самокоррекции?	Низкая тепловая нагрузка
T / F: при самопрямлении коэффициенты воздействия (кВ и мАс) должны быть ограничены до более низких значений, чем при двухполупериодном выпрямлении.	Истинный
Полуволновое выпрямление ака?	Одноимпульсное выпрямление
Для чего используется волчок?	Для проверки работоспособности выпрямителей с однофазным оборудованием.
Диод	Выпрямительный полупроводник, состоящий из кристалла p-типа с n-типом для образования pn перехода
Тиристор	Выпрямитель с кремниевым управлением, используемый для высокоскоростного переключения первичного высокого напряжения x- лучевая схема.
Термоэлектронная эмиссия	Выброс электронов с поверхности провода из-за повышенного нагрева, вызывая электронное облако
Облако пространственного заряда	То же, что и термоэлектронная эмиссия
В чем заключается основное преимущество полноволнового режима исправление?	Время экспозиции для любой техники сокращается вдвое.
Что более эффективно для получения рентгеновских лучей: однофазное или трехфазное питание?	Трехфазный
Пульсации напряжения	Способ определения форм колебаний напряжения.
Однофазное питание имеет пульсации __%.	100%
Трехфазное, 6-импульсное питание дает __% пульсаций.	13-25
Трехфазная, 12-импульсная мощность дает __% пульсаций.	4-10
Генераторы высокой частоты имеют примерно __% пульсаций	1%
Примечание:	Меньшие пульсации напряжения приводят к более высокому количеству и качеству излучения
Осциллограф	Используется для проверки таймер в 3-х фазном, 12-ти импульсном оборудовании.
Какая эффективная мощность в киловольтах при 12-импульсных генераторах?	95%
Какое эффективное кВп для 6-импульсных генераторов?	87%
Какой тип выпрямления обеспечивает максимальную мощность рентгеновской трубки?	Двухполупериодный
Какое максимальное напряжение в киловольтах вырабатывается большинством трехфазных генераторов рентгеновского излучения?	150
Для получения одинаковой плотности и контрастности воздействие на пациента с помощью трехфазного оборудования ___ по сравнению с однофазным.	Точно так же
Для предотвращения удара вторичный повышающий трансформатор __.	с заземлением
Почему трехфазные генераторы более эффективны, чем однофазные?	Напряжение никогда не падает до нуля.
Выпрямитель	Устройство, позволяющее ток течь только в одном направлении.
Конфигурации звезды и треугольника связаны с?	Трехфазные трансформаторы
При трехфазном оборудовании напряжение схождения на рентгеновской трубке составляет от __ до __% от максимального значения и составляет почти ___ потенциал.	От 87 до 96%, постоянная
Какой процент пульсаций напряжения у однофазного генератора?	100% пульсация напряжения
Двухполупериодный выпрямленный, 3-фазный, 6-пульсный сигнал дает примерно на ____% больше средней энергии фотонов, чем однофазный.	35
Двухполупериодный выпрямленный, 3-фазный, 12-импульсный сигнал дает примерно на ___% больше средней энергии фотонов, чем однофазный.	40
Мобильные блоки работают от _______________ переменного тока от батарей.	Никель-кадмиевые

Что такое трехфазный диодный выпрямитель

Трехфазный диодный выпрямитель преобразует симметричный сигнал переменного тока в стабильный сигнал постоянного тока, выходная мощность которого превышает 15 кВт. Трехфазные диодные выпрямители могут быть двух типов — выпрямительные со звездой и выпрямительные мосты.

Выпрямитель диодный звездообразный

Трехфазный звездообразный выпрямитель изображен на рисунке ниже.

Этот выпрямитель работает по принципу, по которому проходит фаза с наибольшим напряжением на нем по сравнению с двумя другими фазами.А угол проводимости 2π3.

Здесь Vdc = 32π∫π65π6Vmaxsinθdθ = 3π32Vmax = 0,827Vmax, а VL = 32π∫π65π6 (Vmaxsinθ) 2dθ = 32π (π3 + 34) Vmax = 0,84Vmax, IS = VmR12π (π3 + 34) = 0,485VmR.

Наиболее важными характеристиками трехфазного выпрямителя со звездой, перечисленными в технических характеристиках, являются:

• Пиковое повторяющееся обратное напряжение VRRM;
• частота пульсаций на выходе fr;
• Средний ток диода IF (AV);
• Коэффициент выпрямления;
• среднеквадратичное входное напряжение на каждую ножку трансформатора VS;
• Номинал трансформатора первичной обмотки ВА;
• Трансформатор номинальный вторичный AV;
• Пиковый повторяющийся прямой ток IFRM;
• Коэффициент пульсации;
• Диод RMS current IF (RMS);
• Форм-фактор;
• Форм-фактор тока диода IF (RMS) IF (AV).

В некоторых условиях трехфазный диодный выпрямитель может испытывать насыщение сердечника. Чтобы предотвратить этот эффект, схему выпрямителя со звездообразным диодом можно изменить, добавив вторичную обмотку. Это соединение еще называют межзвездным. Каждая вторичная обмотка имеет фазовый сдвиг π3.