Главная » Книги и журналы

1 ... 9 10 11 12 13 14 15 ... 32

= = = (3-79)

т.е. напряжение на конденсаторе любой ячейки, кроме первой, равпои(г^,УЛеп - число ячеек (каскадов, кратность умножения). В цепи конденсатора 1-й ячейки выпрямителя включено напряжение и2 и, как будет показано ниже, f/ci = -

Если учесть равенства (3-79), на основании которых напряжения на конденсаторах во всех ячейках умножителя взаимно компенсируются (кроме 1-го конденсатора), то эквивалентные схемы выпрямителя для отрицательного и положительного полупериодов примут вид, показанный на рис. 3-20, в, г. Токи обоих полупериодов определяются соотношениями:

и^ - У г. 1= -- (cos (ot COS Bj);

i -- (cos (0/ - cos Sa), (3-80)

где 6j и - углы отсечки тока вентиля, соответственно равные:

ei:=arccos--;

e =iarccos

т

т

Усреднив токи за период, получим;

/=-1 id(o/=(sinei-6iCosej) = L = f-(sine-ecosQa),

?i

откуда Bj = %, Отсюда на основании соотношений (3-80) найдем:

ИЛИ

Vc.=. (3-81)

Используя равенства (3-8) и (3-24), можно после несложных преобразований получить значение исходного расчетного коэффициента

(e) = tge-e = i = igf-. (з-82)

Зная величину А (6), весь расчет можно вести также, как это описано в §3-3, А. При этом получим действующее напряжение вто-

ричной обмотки трансформатора U - - В (А); действующее чия-

чение тока вторичной обмотки трансформатора

--ё---

/2 = Jy 2д dent = I максимальный ток вентиля

= /q/ (Л); обратное напряжение на вентиле (/бр = 2(/m =-

коэффициенты пульсации напряжения на нагрузке по четным и нечетным гармоникам:

л- -л- 50Я^4)

Лп.четн- 2 Ап. нечет - щ^ :

1 50 (Л)

А п. нечет -* 2kRffJC * О-ОО;

где Л - номер гармоники, по которой определяется величина пульсации; В (Л), D (Л), F (Л) и Я (Л) - расчетные коэффициенты, которые находят по графикам рис. 3-6 и 3-8.

Различие величин /С. для четных и нечетных гармоник связано с тем, что импульсы тока зарядки конденсаторов схемы сдвинуты на ШО относительно токов их разрядки. В результате нечетные гармоники импульсов суммируются, а четные - вычитаются.

Практически чаш,е приходится определять необходимую емкость конденсаторов по заданному значению Кп- Это может быть выполнено по расчетной формуле (3-83). Если выбрать емкости конденсаторов различных ячеек неодинаковыми, а нзменяюоимися по, закону

нечетных гармоник, т. е. принять С^С^ (~~+) , то суммарная

емкость всех конденсаторов умножителя значительно уменьшится по сравнению с емкостью всех одинаковых конденсаторов, причем условия пульсации напряжения на нагрузке останутся неизменными.

Практически емкости конденсаторов всех ячеек выбирают одинаковыми с допустимым /С„ 6%. В этом случае емкость каждого конденсатора умножителя должна быть

С = -2/г(/г+2) 10 мкф. (3-84)

При необходимости уменьшить пульсацию напряжения на нагрузке после умножителя включаются /?С-сглаживающие фильтры.

Внешняя (нагрузочная) характеристика выпрямителя с умножением напряжения может быть представлена на основании приведенных соотношенпй в виде

/, = Ф ((/,) = (sin в - в cos 9) =

2 и

2 nR

R-l/-l-o)- (3-85)

Описанный метод расчета применим для случая сравнительно-небольшой кратности умножения (числа каскадов умножения). Точность расчета, по литературным данным, составляет ±10%.

Как показали исследования ряда авторов, оптимальное число каскадов умножения напряжения

п

опт

1/ 0 макс

V 1о

(3-86)

Г. Двухфазные (симметричные) схемы выпрямления

Двухфазные схемы выпрямления с умножением напряжения

чем однофазные. Еще менее распростране-выпрямления. В качестве примера двухфаз-

менее распространены, ны многофазные схемы

О

Ю

		щ
	ж

s s

		Ч
			3

6 a

as W 1,5 2.0 ма

Рис. 3-21. Двухфазная схема выпрямлеикя с умножениел! напряжения (а) w

характеристики схем выпрямления (б, в, г).

ной схемы на рис. 3-21, а показана схема выпрямления с умножением напряжения в 8 раз. Действие схемы сходно с действием двухфазного выпрямителя. В один полупериод выпрямляемого тока заряжается конденсатор через вентиль В^, а во второй полупериод- конденсатор С\ через вентиль В\. Одновременно с этим, поскааьку вентиль Вх не проводит ток во второй полупериод, то напряжение суммируегся с Ua и конденсатор Сд заряжается через вентиль В^ почти до удвоенного напряжения, В этот же полупериод через вентиль В\ заряжается конленсатор Ci.

в последующий положительный пшупериод вентиль Bi проводит ток, в результате чего повторно заряжается конденсатор С^ В этот же полупериод суммируются напряжения f/3 и (/ci благодаря чему конденсатор Сд снова заряжается до почти удвоенного напряжения. Точно так же происходит заряд и разряд конденсаторов всех последующих звеньев умножителя напряжения.

Как в несимметричных схемах, так и в симметричных (двухфазных) схемах выпрямления с умножением напряжения число вентилей и конденсаторов каждой половины схемы рис. 3-21, а равно кратности умножения напряжения. Время установления номинального напряжения на нагрузке с момента включения выпрямителя составляет п полупериодов. Частота пульсации напряжения на нагрузке / = 2fc, как и в других двухфазных схемах выпрямления. Расчет схемы может быть выполнен на основании приведенных выше соотношений.

Общая характеристика схем выпрямления с умножением напряжения может быть сделана на основании экспериментальных характеристик рис. 3-21, б-г. Из этих характеристик следует, что снижение выпрямленного напряжения с увеличением числа каскадов умножения резче сказывается в однофазных схемах выпрямления; коэффициент пульсации возрастает с увеличением числа каскадов умножения наиболее резко в однофазных схемах выпрямления (рис. 3-21, в)\ оптимальное число каскадов умножения зависит от тока нагрузки /q, причем у двухфазных схем выпрямления эта зависимость менее резко выражена.

Приведенные на рис. 3-21, б-г характеристики схем выпрямления с умножением напряжения относятся к выпрямителям с селеновыми вентилями при частоте тока 50 гц. Очевидно, что, сохраняясь rio характеру, приведенные зависимости будут иметь различные численные значения для выпрямителей с другими вентилями и другой частотой выпрямляемого тока.

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

§ 4-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Как было показано в § 2-1, напряжение на нагрузке неуправля-

емого выпрямителя

где К - коэффициент, определяемый схемой выпрямления; U2 - напряжение на входе выпрямителя.

Таким образом, в неуправляемом выпрямителе напряжение на нагрузке остается неизменным в процессе работы выпрямителя, поскольку U2 не меняется. Если же по каким-либо причинам напря-

жение в установке требуется менять в процессе работы Латаемого устройства, то в выпрямительном устройстве должны быть предусмотрены соответствующие регуляторы напряжения. Такое регулирование напряжения Uq обычно усложняет выпрямитель и автоматизация его работы затрудняется. В управляемом же выпрямителе, т. е. в таком, в котором выходное напряжение Uq может регулироваться при неизменном напряжении U., эти затруднения отпадают.

Простейшая схема управляемого выпрямителя включает в себя силовой трансформатор, который обеспечивает необходимое напряжение U.2, управляемый вентиль, источник управляющего напряжения и сглаживающий фильтр. Поскольку необходимое напряжение f/o регулируется, то, как правило, стабилизаторы напряжения переменного или постоянного тока не нужны. В редких случаях в управляемых выпрямителях используются стабилизаторы питающего напряжения.

Способ регулирования напряжения Uq в управляемых выпрямителях выбирается в зависимости от типа вентиля: в ионных и полупроводниковых вентилях в процессе регулирования меняется время протекания тока через вентиль; в электронных вентилях меняется падение напряжения на вентиле путем регулирования, потенциала управляющей сетки вентиля.

Управляемые выпрямители можно классифицировать почти так же, как и неуправляемые, т. е. по виду вентиля, мощности, частоте и т.д. Что касается схем выпрямления, используемых в управляемых выпрямителях, то их число ограничивается рядом причин, коротко отмеченных ниже (§4-2).

§ 4-2. УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ С ТИРАТРОНАМИ

Как известно, тиратрон, анодную цепь которого питают переменным током, зажигается и гаснет периодически с частотой питающего напряжения Если на сетке тиратрона имеется отрицательный потенциал (смещение), то зажигание происходит лишь при определенном значении положительного напряжения на аноде и^. Таким: образом, изменяя потенциал сетки тиратрона, можно регулировать момент его зажигания и время протекания тока через него в течение той или иной части положительного полупериода выпрямляемого тока. Такая зависимость времени протекания тока от потенциала сетки повторяется каждый раз при зажигании тиратрона. Это свойство тиратронов лежит в основе их использования в качестве управляемых вентилей.

А. Однофазная однотактная схема выпрямления

Простейшая однофазная однотактная схема тиратронного управляемого выпрямителя показана на рис. 4-1, а. Здесь от сети переменного тока одновременно питаются первичные-цепи трансформаторов

Tpl и Тр2: анодный трансформатор Тр1 обеспечивает питание рабочей цепи выпрямителя, включая анодную цепь тиратрона с нагрузкой, а сеточный трансформатор Тр2 питает цепь управляющей сетки тиратрона; в первичную цепь Тр2 включен фазорегулятор Ф и с его помощью можно сдвигать сеточное наиряжение относительного анодного напряжения на угол регулирования а. Когда фазы напряжений на аноде и сетке совпадают (а ~ 0), тиратрон зажигается в те моменты времени, как только начинается положительный полупериод анодного напряжения, если нагрузка в анодной цепи jiMecT активный характер. При этом ток через тиратрон и нагрузку

О

				л

О iiS 90 735 т

Рйс. 4-1. Схема однофазного однотактиого управляемого выпрямителя и графики токов

и напряжений для него.

протекает в течение всей половины периода, создавая на нагрузке

падение напряжения = IqRh, как в простейшем неуправляемом выпрямителе. Такой режим работы выпрямителя называется неуправляемым режимом.

При сдвиге фазы сеточного напряжения относительно анодного на угол а (рис. 4-1,6) зажигание тиратрона задерживается до тех пор, пока положительное напряжение на аноде не возрастет настолько, что окажутся выполнимыми условия зажигания тиратрона. В результате тиратрон зажжется позднее, чем в неуправляемом режиме и ток через него и нагрузку будет протекать в течение времени, меньшего TI2 При этом падение напряжения на нагрузке будет

и

foaRii < 0- Такой режим работы выпрямителя называется управляемым режимом.

Очевидно, что при угле запаздывания зажигания а = 180 тиратрон в схеме рис. 4-1, а будет все время погашен и ток в нагрузке равен нулю. Таким образом, в описываемой схеме выпрямления

управление может осуществляться в пределах а

О 180°. В

зависимости от угла регулирования а постоянные составляющие тока и напряжения на нагрузке будут меняться в соответствии с величинами, определяемыми уравнениями:

sin (x)t do}t = /

cos а

2п

/о

COS а 2

(4-1)

и

cos a jj I

cos a

где /о и to постоянные составляющие тока и напряжения неуправляемого выпрямителя.

На рис. 4-1, в показана зависимость отношения токов 1.11 как функция угла регулирования а. Такую зависимость токов называют регулировочной характеристикой выпрямителя. Эту характеристику также часто строят как

Как следует из рис. 4-1, б, выпрямленное напряжение на выходе однофазного однотактного выпрямителя имеет сильно выраженный пульсирующий характер. Для нормальной работы питаемого радиоэлектронного устройства к такому выпрямителю требуется сложный сглаживающий фильтр. Это ограничивает возможность использования таких управляемых выпрямителей.

Б. Двухфазная однотактная схема выпрямления

Простейшая двухфазная однотактная схема управляемого выпрямителя с тиратронами приведена на рис. 4-2, а без сеточных цепей; имеется лишь цепь рабочего тока. Если между напряжениями

Рис 4-2. Двухфазная однотактная схема управляемого выпрямителя и графики токов и напряжений.

сетки и анода каждого тиратрона нет сдвига фаз, то схема действует как неуправляемая: ток протекает через каждый тиратрон и нагрузку в течение Г/2. При сдвиге фаз между сеточным и анодным

напряжением, т. е. при угле регу.. ..ийлия и и, ток протекает через каждьп1 тиратрон в течение t < Т/2. Форма кривых тока и напряжений для обоих режимов работы показана на рис. 4-2, б.

Очевидно, что угол регулирования может меняться лишь в пределах О-180 . Постоянные составляющие тока и напряжения на нагрузке будут:

0 - \ sin /d(o/ = -(l+cosa) = /o(l+cosa);

а

(4-2)

и

/о /?н = /о^?н (1 + COS а) = (/о (1 + cos а).

где m - 2; /о и (/р - постоянные составляющие тока и напряжения неуправляемого выпрямителя (/о =

и и

я /

Рис. 4-3. Графики токов и напряжений в режимах иепрсрыв

ного и прерывистого тока.

Характер регулировочной кривой остается таким же, как и для однофазной схемы управляемого выпрямителя и отличается от нее лишь масштабом (в два раза большим).

Сопоставляя схемы однофазного и двухфазного управляемых выпрямителей при чисто активной нагрузке, можно отметить существенные преимущества второго перед первым. Еше более разительны эти преимущества при комплексном характере нагрузки. В частности, при индуктивной реакции нагрузки управляемый выпрямитель может работать в двух режимах работы: 1) в режиме непрерывного тока, когда ток протекает через нагрузку непрерывно (рис. 4-3, а); 2) в режиме прерывистого тока, когда ток протекает через нагрузку в виде отдельных импульсов (рис. 4-3, б).

В режиме непрерывного тока накопленная в индуктивности цепи нагрузки энергия достаточна для поддержания тока до момента включения второго вентиля выпрямителя и ток протекает в некоторые части периода даже при отрицательном потенциале на аноде. В режиме прерывистого тока накопленная в индуктивности энергия недостаточна. Как видно из рис. 4-3, переход из одного режима

работы в другой зависит не только от индуктивности в цепи нагрузки но и от величины угла регулирования а.

В режиме непрерывного тока среднее значение выпрямленного напряжения

т

(otdcot

2 я

Vm COS а = и^ cos а,

(4-3)

т. е. для двухфазной схемы выпрямления {т = 2) оно сильно зависит от угла регулирования а. Ток протекает через нагрузку даже при отрицательном напряжении на входе выпрямителя но прекращается при а = 90 (0 = 0). -Лзменение тока в цепи комплексного сопротивления с индуктивной реакцией на выпрямитель можно определить из уравнения:

+ hRii = Um sin (О/,

(4-4).

действительного при IqO-

Так как вентили пропускают ток поочередно в пределах

до а

я и от а

я до а

от а

2я и т. д., то решение уравнения (4-4)

имеет вид:

о

и

н

т

V Ri + Ч

г-sin (со/ - (f) + Ае

(4-5)

где ф = arctg

На основании того, что токи в цепи равны между собой в моменты времени, соответствующие углам а и а + я, найдем:

А

и

т

2 sin (а - ф)

Отсюда в интервале времени от а до а + я выпрямленный ток

и

о

т

н

sin (со/ - ф)

2 sin (а - ф)

н

--- (i t - а)

е

н

н

{Ы - а)

. (4-6)

Среднее значение тока управляемого выпрямителя в этом режи-будет:

Iqcos а

costx

(4-7)

Из уравнения (4-6) следует, что при ф = а и cof = а выпрямлен-

ныи ток равен нулю, т. е. при соотношении когда

а Ф = arctg

Ru *

наступает переход к режиму прерыви^стого тока, форма кривой которого показана на рис. 4-3, б.

В режиме прерывистого тока каждый вентиль действует самостоятельно в качестве однотактного управляемого выпрямителя и (ш,ая продолжительность протекания тока через каждый из них к< Г/2. В этом случае среднее значение выпрямленного напряжения составит:

Uq = \ sin (о/ d(ot - [cos а - cos (а + Я)],

а

ИЛИ после несложного преобразования получим;

f/o. = и о -f + . (4-8)

Выпрямленный ток при этом режиме работы выпрямителя можно определить, решив уравнение (4-4) при условии Iq = О, когда (о/ = 0; т. е.

to = h + il = r!!,J у. [sin ((О/- ф) - sin (а - ф)е

у + л-

(ш/ - а)

(4-9)

При Iq = О п (ot ~ а + Х можно определить длительность протекания тока через вентиль на основании уравнения:

5{п(а + Я-ф) ~sin(a-ф)е ==0, (4-10)

Очевидно, что длительность протекания тока через вентиль

у

зависит от соотношения Х„/7? , так как ф = агс1§-. Связь между

величинами, входяш^ими з уравнение (4-10), можно найти з виде обобщенных регулировочных кривых двухфазного управляемого выпрямителя для разных постоянных значений XJR (рис. 4-4, а).

Приведенный анализ влияния индуктивной составляющей нагрузки на режим работы управляемого выпрямителя малой мощности достаточен для расчета такого выпрямителя. При расчете же мощных управ 1яемых выпрямителей должно быть учтено также влияние индуктивности рассеяния обмоток трансформатора. Включение этой индуктивности в сосредоточенном виде показано на схеме рис. 4-4, б. Для удобства анализа, как это делалось выше (§3-2), в цепь выпрямленного тока включена индуктивность -> сх), благодаря чему выпрямленный ток можно считать неизменяющимся по величине как за время работы каждого отдельного вентиля, так и во время коммутации тока с одного вентиля на другой.

Графики тока и напряжения, характеризующие процессы в управляемом выпрямитате с учетом влияния индуктивности рассея-

1 ... 9 10 11 12 13 14 15 ... 32