Лекция 15
Двухполупериодные выпрямители подразделяются на выпрямители с нулевым выводом трансформатора (рис.8.3) и на мостовые выпрямители (рис.8.4). На рис.8.5 показаны временные зависимости мгновенных напряжений (для схемы рис.8.3) и мгновенного напряжения (для схемы рис.8.4) на входе выпрямителей, а также мгновенных значений напряжения и тока на выходе обоих выпрямителей.
Рис.8.3. Двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом трансформатора
Рис.8.4. Двухполупериодный мостовой выпрямитель
Схемы представленных выпрямителей работают только при положительных потенциалах напряжений в точках а и б. Если в течение первого полупериода в точках а, будут положительные потенциалы, то в точках б – отрицательные. В этом случае токи нагрузок от точек с положительными потенциалами будут проходить в направлениях к точкам с отрицательными потенциалами через диоды VD1 (рис.8.3) и VD1,VD3 (рис.8.4). Во второй полупериод в точках а будут отрицательные потенциалы, а в точках б – положительные. Тогда токи нагрузок пойдут через диоды VD2 (рис.8.3) и VD2,VD4 (рис.8.4). Следовательно, в первый и во второй полупериоды переменного тока через нагрузочные сопротивления схем проходят пульсирующие токи в одном положительном направлении.
|
|
При двухполупериодном выпрямлении цикл выпрямления m=2. Электромагнитные вольтметры, подключенные к вторичным обмоткам трансформаторов, покажут действующие значения напряжений .
Для измерений выпрямленных значений напряжений и токов применяют приборы магнитоэлектрческой системы, которые показывают средние значения пульсирующих напряжений и токов:
(8.7)
Рис.8.5. Временные зависимости мгновенных напряжений и тока двухполупериодных выпрямителей
Недостатком схемы выпрямителя с нулевым выводом трансформатора является величина обратного напряжения, действующего на диод: тогда как для схемы мостового выпрямителя величина обратного напряжения, действующего на каждый диод, равна амплитудному значению напряжения вторичной обмотки:
Для определения коффициента пульсации при двухполупериодном выпрямлении пользуются формулой: тогда переменная составляющая определяется как
Частота пульсаций = 100 герц.
8.3. Трёхфазные выпрямители. Электрические сглаживающие фильтры
На практике широко применяются выпрямители трёхфазного переменного тока. Рассмотрим однотактную схему выпрямления, приведённую на рис.8.6, в которой вторичные обмотки трансформатора соединены звездой. На схеме показано включение вольтметров для измерения фазного и линейного напряжений вторичных обмоток трансформатора.
Трёхфазный выпрямитель собран как сочетание трёх однофазных схем выпрямления. В каждый момент времени ток через нагрузку создаётся только одной фазой вторичной обмотки трансформатора, имеющей наибольший
|
|
положительный потенциал относительно нулевой точки. За период каждая фаза вторичной обмотки трансформатора создаёт один импульс тока через нагрузку. График напряжения на нагрузке представлен на рис.8.7. Аналогичный вид имеет и график тока через нагрузку.
Рис.8.6. Схема трёхфазного выпрямителя с нулевым выводом трёхфазного трансформатора
Рис.8.7. Временные зависимости мгновенных напряжений фаз на нагрузке трёхфазного выпрямителя с нулевым выводом трёхфазного трансформатора
Для определения среднего значения напряжения (постоянной составляющей) выделем на графике участок, по времени равный (1/6)Т и вычислим для него среднее значение напряжения:
. (8.8)
Аналогично
Амплитудное значение выпрямленного напряжения .
Обратное напряжение, действующее на каждый диод, равно амплитуде линейного напряжения вторичных обмоток трансформатора:
. (8.9)
Коэффициент пульсаций определяется по формуле = 0,25, где цикл пульсаций m=3. Тогда переменная составляющая , а частота пульсаций = 150 герц.
Выпрямленное напряжение, кроме постоянной составляющей содержит переменную составляющую (пульсацию). Пульсация увеличивает потери мощности. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения применяются сглаживающие фильтры, в качестве которых может быть использован конденсатор, подключенный параллельно к зажимам нагрузки выпрямителя; либо дроссель, подключенный последовательно нагрузочному сопротивлению выпрямителя. На рис.8.8 изображены схемы сглаживающих фильтров:
а) С-фильтр, б) RC-фильтр, в) L-фильтр, г) LC-фильтр.
Рис.8.8. Схемы сглаживающих фильтров
Коэффициенты сглаживания пульсаций фильтров определяются отношением переменных составляющих на входе и выходе каждого фильтра: .
Коэффициент сглаживания пульсаций C-фильтра определяется по формуле: , где m – число циклов выпрямления; , где - частота сети;
- ёмкость конденсатора, - сопротивление нагрузки.
Коэффициент сглаживания пульсаций RC-фильтра определяется по формуле:
, где , - сопротивление фильтра.
Коэффициент сглаживания пульсаций L-фильтра определяется по формуле:
, где - индуктивность дросселя.
Коэффициент сглаживания пульсаций LС-фильтра определяется по формуле:, где - коэффициент сглаживания пульсаций L-фильтра; - коэффициент сглаживания пульсаций C-фильтра.
На рис.8.9 изображены графики, поясняющие принцип работы С – фильтра.
Рис.8.9. Временные диаграммы напряжений на нагрузке после двухполупериодного выпрямления и сглаживания С-фильтром
Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения использован конденсатор, подключенный параллельно к зажимам нагрузки выпрямителя. Пульсирующие напряжение (ток) выпрямителя имеют постоянную и переменную составляющие. В конденсаторе сопротивление переменной составляющей меньше сопротивления нагрузки. Переменная составляющая пульсирующего напряжения замыкается через конденсатор, а постоянная составляющая заряжает конденсатор до определённого напряжения. При уменьшении напряжения импульса, напряжение конденсатора препятствует снижению напряжения на нагрузке, что сглаживает пульсации напряжения на нагрузке. Конденсатор разряжается на сопротивление нагрузки.