Главная » Книги и журналы

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 ... 32

жна выбираться соразмерно с сопротивлением нагрузки У?и' меньше сопротивление R, тем меньше может выбираться индуктивная составляюш.ая Lh. Следовательно, сглаживаюш.ие фильтры, на-чинаюш.иеся с дросселя, пр!шенимы, как правило, в выпрямителях с большими токами нагрузки (У? - мало) и при ионных и полупроводниковых вентилях, обладаюш,их малым внутренним сопротивлением, что предопределяет малую величину суммарного сопротивления цепи R\

2) форма кривой выпрямленного тока при достаточно большой индуктивной составляюш.ей сопротивления нагрузки (при дросселе в цепи нагрузки) приближается к прямоугольной форме;

3) пульсация выпрямленного напряжения на нагрузке R при (oLh > Rh мала, так как падение переменной составляющей напряжения происходит, главным образом, на индуктивном сопротивлении;

4) при работе многофазного выпрямителя с индуктивной реакцией нагрузки все фазы выпрямителя поочередно участвуют в выпрямлении тока, как это происходит при чисто активной нагрузке, причем форму импульса тока каждой фазы можно представлять в виде прямоугольника, полагая пульсацию тока небольшой.

Из приведенных выводов следует также, что выпрямитель с индуктивной реакцией нагрузки можно практически рассчитывать по формулам, действительным для расчета многофазного выпрямителя с активной нагрузкой. Погрешность расчета будет зависеть от числа фаз выпрямления и коэффициента пульсации.

Пользование расчетными формулами облегчается табл. 3-1, в которой приведены основные соотношения для простых схем выпрямления с индуктивной реакцией нагрузки без учета потерь в блоках выпрямительного устройства. Чтобы уменьшить погрешность расчета при пользовании табл. 3-1, надо исходную величину заменить значением Uq .х. т. е. учесть падение напряжения, как это было сделано в применении к выпрямителям с активной нагрузкой. При этом можно приближенно считать падение напряжения зависимым от мощности выпрямителя следующим образом: и... . = П 1.-1 и. ппи Pq = 50-10 вт; t/ox.x = (1>05

о,.. = (1,15-1,25) Uq при Р, -1,15) при Ро = 500-50 вт.

§ 3-2. ВЛИЯНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ РАССЕЯНИЯ ОБМОТОК

ТРАНСФОРМАТОРА

При рассмотрении выпрямительных схем без потерь (гл. 2) предполагалось, что переключение цепи тока с одного вентиля на другой происходит мгновенно, в тот момент времени, когда уравниваются напряжения в отдельных фазных обмотках трансформатора. В действительности этот процесс происходит иначе, в особенности, если в выпрямителе имеются потери или при достаточно большой индуктивности рассеяния обмоток трансформатора. В последнем случае ток одного вентиля не может мгновенно прекратиться, а ток

второго вентиля не может резко нарастать до необходимой величины. В результате ток нагрузки в течение некоторого времени протекает одновременно по двум вентилям, включенным в разные фазы выпрямителя.

Явление одновременного протекания тока через два вентиля под воздействием индуктивностей, сосредоточенных в анодных цепях вентилей, принято называть перекрытием токов фаз, а угол, соответствующий времени протекания тока через два вентиля, - углом перекрытия у.

Рис 3-2. Схема многофазного выпрямителя с сосредоточенной индуктивностью рассеяния обмоток трансформатора (а) и графики токов и

напряжений (б).

На рис. 3-2, а показана схема многофазного выпрямителя, у которого индуктивность дросселя в цепи нагрузки настолько велика, что выпрямленный ток можно считать неизменным по величине и импульсы тока каждой фазы имеют форму прямоугольников, заштрихованных на рис. 3-2, б. При этом предполагается, что

все активное сопротивление одной фазы выпрямления R

в

и ВСЯ индуктивность рассеяния L, сосредоточены во вторичной цепи трансформатора, причем

(3-9)

где и - индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток каждой фазы трансформатора.

В результате действия индуктивности рассеяния импульсы токов каждого вентиля (фазы) будут иметь вид, показанный на рис. 3-2, б, где у - угол перекрытия анодных токов вентилей. Чтобы установить влияние перекрытия токов вентилей на режим работы выпрямителя, можно сделать следующее.

Поинимая для частного случая R < можно составить для

двух фаз выпрямителя следуюише два уравнения; причем в течение времени перекрытия токов фаз

/o = oa + *o6 = COnst.

где индексы а и б обозначают рассматриваемые фазы (см. рис. 3-2, а).

dt dt dt dt

ИЛИ

dip a diQб

dt dt

Из уравнения (3-10) следует, что:

а т Об / Г)

Вычтя первое из второго, найдем:

26-23-2,- = 0. (3-11)

Уравнение (3-11) описывает закон изменения тока фазы в пределах угла перекрытия, причем разность фазных напряжений (26 - 2а) представляет мгновенное значение линейного напряже-

ния, а последний член левой части уравнения - падение напряжения на индуктивности рассеяния.

В применении к трехфазной схеме выпрямления можно считать

2б - 2а = 2л =vUm Ш И 31/ = х. х,

где f/ox.X - напряжение холостого хода выпрямителя.

Уравнение (3-11) для определения тока фазы решается методом разделения переменных, в результате чего получим:

. o=(-)- ш^(- (3-12)

где т - число фаз выпрямления; Х^р - индуктивное сопротивление рассеяния фазы трансформатора, численно равное индуктивному сопротивлению короткого замыкания трансформатора Хк 3.

В момент времени о) - у ток данной фазы равен выпрямленному току ( 05 = /о), т. е. ток протекает только через вентиль данной фазы. В таком случае:

--(1 -COSV); 1 -cosv = /o,. (3-13)

Из уравнения (3-13) следует, что угол перекрытия токов фаз тем больше, чем больше ток нагрузки и индуктивное сопротивление

обмоток трансформатора. Практически перекрытие токов фаз сильнее проявляется в мощных и слабее - в маломощных выпрямительных устройствах.

Увеличение длительности пртекания тока каждой фазы выпрямителя приводит к изменению соотношения токов и напряжений,

20 30 /40 50 60

10 2030 50 100 200 500 1000 2000 5000 во

Рис 3-3. Графики для расчета влияния перекрытия

токов фаз.

полученных выше (см. § 3-1) без учета явления перекрытия токов. Количественные соотношения между токами в режиме перекрытия фаз можно получить на основании кривой рис. 3-3, а, откуда следует:

при

о

1 - COS со

о 1

COSY

при о у;

о

Iq при у<Ы

2л

т

о

о

1 - COS со/ 1 - COS Y

cos Ш - cos Y

о

1 - cos Y

2n m

2n m

Поэтому действующее значение тока фазы будет:

2п

2я т

COS Y у J

COS (At - COS

1 - COS Y

(3-14)

где

(2 -j- cos Y) sin Y - (1 + cos Y) у

2л (1 - cosY)

Для расчетов удобно пользоваться графической зависимостью

т\\) (у) от угла перекрытия фаз у для разных чисел фаз

выпрямления т (рис. 3-3, б). Величина - (у) всегда меньше единицы. Из этого следует, что наличие индуктивности рассеяния приводит к уменьшению действующего значения тока фазы.

Влияние индуктивности рассеяния на внешнюю (нагрузочную) характеристику выпрямителя можно выяснить, анализируя кривые, показанные на рис. 3-3, в. Здесь заштрихованные площадки характеризуют, насколько напряжение на нагрузке уменьшается под воздействием индуктивности рассеяния. Когда две фазы выпрямителя работают с перекрытием токов, э. д. с. самоиндукции данной фазы находится в фазе с убывающим током и суммируется с э. д. с. второй фазы, т. е. препятствует уменьшению тока этой фазы выпрямителя. В соответствии со сказанным получим:

а

О

- (oL

где е^а и - э. д. с. самоиндукции фаз а и б.

При одинаковых значениях индуктивности рассеяния фазе и равных скоростях изменения токов во всех фазах теля, что практически имеет место, т. е. полагая е^а -получим:

В каждой выпоями-

и

о

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения опре делится в виде:

и

о

2п

л т

л

т

л

т

d(j)t

- - + Y

т

Поскольку = Ucos и ток фазы принимает значение - О при = -к/т и iQ= и при Ы = -я + у, получим;

я т

0 = - \ UmCos(oid(i)t--\(i)L,dto

т

= 1Г^-* т--ЪГо-и -!,-. (3-15)

Выпрямленное напряжение на нагрузке уменьшается, как это видно из уравнения (3-15) из-за падения напряжения, вызванного действием индуктивности рассеяния обмоток трансформатора. Уравнение (3-15) описывает внешнюю характеристику выпрямителя. Вид этой характеристики можно менять путем дополнительного включения индуктивности в анодную цепь вентиля каждой фазы.

Величину Хтр из уравнения (3-15) определяют на основании известной для трансформаторов величины напряжения короткого замыкания ек%. При этом

к%100, (3-16)

где X] - индуктивное сопротивление одной фазы трансформатора, при еденной к первичной обмотке.

Если учесть соотношения, действительные для выпрямителей:

то после соответствующего преобразования получим:

а т

где =2дб~ коэффициент пропорциональности; а и б - коэффициенты, зависяш,ие от схемы выпрямления; е^% - напряжение короткого замыкания трансформатора; Ктр - коэффициент трансформации.

Значение е^% обычно указывается для номинального тока первичной обмотки трансформатора. Поэтому А(Утр Должно быть отнесено к полной нагрузке выпрямителя (при токе Iq ом) при которой в обмотках трансформатора протекают номинальные значения токов. При недогрузке выпрямителя по току нужно пропорционально уменьшить рассчитываемую величину А(/тр %.

Зависимость величины отмош^ности трансформатора определяется графиком рис. 3-3, г.

Как видно из рис. 3-3, а в течение времени, соответствуюш^его

углу -- у, выпрямленное напряжение равно э. д. с. фазы б , т. е.

* [~т Vj = СОь (0L

в течение времени перекрытия фаз выпрямленное напряжение

Э

(УоФ (у) = Um COS (О/ - (Уо X. X sin ((О/ и- - .

Выпрямленное напряжение, как это видно из рис. 3-3, в, имеет сложную форму и содержит составляющие, описываемые членами уравнения с множителями в виде синусов и косинусов. В результате амплитуда к-й гармоники напряжения определится в виде;

где

2п

т

о

т

= -\ Uq sin km(ot d(ot.

После подстановки соответствующих значений в уравнения для коэффициентов и В^ получим:

( Y cosy + Asin Ay sin у + l)i

(3-18)

B/t = 3 I {k cos ky sin Y sin ky cos y),

где -порядковый номер гармоники.

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения для к-й гармоники будет:

При перекрытии токов фаз коэффициенты пульсации увеличиваются. О характере изменения величин Knk можно судить по графику рис. 3-4, а. Эти графики построены на основании приведенных соотношений для числа фаз выпрямления т = 3 и m = 6. При меньшем числе фаз выпрямления перекрытие токов фаз мало влияет на величину пульсации.

При расчете сглаживающих фильтров часто требуется знать коэффициент пульсации напряжения при нагруженном выпрямителе.

Для этого надо предварительно определить величину 7- = ф(7).

Это можно сделать на основании формулы (3-15), откуда получим:

-п cosy\ it /1 cosY

Uq 1 - cosy / ч уо mi

Графическая зависимость = ф(у) приведена на рис. 3-4,6.

Сочетая графики рис. 3-4> а и б, можно получить графическую

?0 0 бО

о 20 во

W 0,9 ОМ 0,7

Рис. 3-4. Графики для расчета сглаживающего фильтра при наличии перекрытия токов фаз выпрямителя.

зависимость коэ(1х|}ициента пульсации при нагрузке выпрямителя в виде:

и

и

о

Эта зависимость представлена графиком рис. 3-4, в, из которого видно, что с увеличением тока нагрузки, а следовательно, с уменьшением выходного напряжения выпрямителя Uq, увеличивается коэффициент пульсации /Сп.

§ 3-3. ВЫПРЯМИТЕЛИ с ЕМКОСТНОЙ РЕАКЦИЕЙ НАГРУЗКИ

Емкостная реакция нагрузки з маломощных выпрямителях практически создается при использовании сглаживающего фильтра, начинающегося с конденсатора. Чисто емкостная нагрузка практически имеет место лишь при холостом ходе выпрямителя в момент, его включения, так как при хорошем качестве конденсатора выпря- митель будет нагружен при первоначальном заряде конденсатора; повторно выпрямитель будет нагружаться только после разряда конденсатора на нагрузку. В установившемся режиме работы выпрямителя имеет место периодическая зарядка и разрядка конденсатора фильтра.

Схема т-фазного выпрямителя с емкостной реакцией нагрузки показана на рис. 3-5, а. Действие схемы сводится к следующему.

При включении выпрямителя в сеть, когда напряжение на конденсаторе С равно нулю, ток протекает через вентиль той фазы, положительное напряжение которой в этот момент времени наибольшее (например, фазы /). По мере протекания тока через вентиль

конденсатор С заряжается, напряжение на нем возрастает, а зарядный ток уменьшается. Когда напряжение на конденсаторе станет почти равным амплитуде напряжения данной фазы, ток через вентиль прекратится и на этом можно считать зарядку конденсатора законченной. Время зарядки конденсатора зависит от формы кривой заряжающего напряжения, емкости конденсатора и сопротивления зарядной цепи. При работе выпрямителя с питанием от сети переменного тока время зарядки конденсатора будет почти равно Т/4.

Т

Рис. 3-5. Схема /п-фазного выпрямителя с емкостной реакцией и графики токов и напря-йсений в нем-

-а

Г

В начале зарядки конденсатора С, когда напряжение на нем мало, зарядный ток намного больше тока нагрузки /о и его величину можно не учитывать. Такое упрощение процесса и расчета дает возможность раздельно описывать зарядку и разрядку конденсатора. В действительности же, при более строгом описании процессов, ток нагрузки должен быть учтен.

Когда конденсатор зарядится и ток через вентиль прекратится вследствие того, что напряжение на входе выпрямителя окажется меньше напряжения на конденсаторе, начнется его разрядка через сопротивление нагрузки Т^н- Быстрота падения напряжения на конденсаторе при его разрядке зависит от постоянной времени разряд-

ной цепи (Трлзр = CRu)- Если эта постоянная времени велика, то конденсатор разряжается медленно, и может случиться, что к мо-менту начала работы следующей фазы трансформатора, когда напряжение на этой фазе будет положительным, ток через вентиль не будет протекать. Ток через вентиль начнется лишь тогда, когда напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора данной фазы станет больше напряжения на конденсаторе, т. е. когда на аноде вентиля будет положительный потенциал относительно катода. В результате время протекания тока через вентиль каждой фазы станет меньше 2я, т. е. меньше, чем при чисто активной нагрузке.

Описанный процесс заряда и разряда конденсатора можно иллюстрировать графиками рис. 3-5, б. Здесь точками /-2 обозначено время протекания тока через вентиль. Это время соответствует углу 29.

Уменьшение времени протекания тока связано с отсечкой тока вентиля. Аналогично тому, как это принято в других областях радиотехники, различают нижнюю и верхнюю отсечки тока вентиля. Если ток зарядки конденсатора не ограничен током вентиля, то режим работы вентиля характеризуется только нижней отсечкой тока. Такой режим работы показан на рис. 3-5, в. Здесь отсечка тока определяется постоянной составляющей напряжения на конденсаторе - Uq, которое часто называют напряжением смешения, имея в виду перемещение рабочей точки О по характеристике вентиля.

Если ток заряда конденсатора ограничен током вентиля, то режим работы выпрямителя характеризуется одновременно двумя углами отсечки: нижним и верхним, как показано на рис. 3-5, г.

В обоих режимах работы выпрямителя нижний угол отсечки тока вентиля - О представляет собой половину той части периода, в течение которого ток протекает через вентиль. Угол отсечки выражается в частях периода, радианах или градусах.

Режим работы вентиля с верхней отсечкой тока почти не используется , даже применительно к кенотронам, по следующим причинам:

современные оксидированные катоды кенотронов практически не ограничивают ток эмиссии в импульсном режиме, имеющем место в выпрямителях с емкостной реакцией нагрузки;

использование кенотронов в режиме насыщения с ограничением тока эмиссии приводит к резкому увеличению падения напряжения на вентиле, снижает к. п. д. выпрямителя и вызывает рассеяние большой мощности на аноде вентиля.

Режим работы выпрямителя с верхней отсечкой тока нежелателен при любом виде вентилей, хотя многие из них и не ограничивают ток вентиля. Такой режим работы обычно связан с кратковременной перегрузкой вентиля потоку и увеличению потерь в нем. Тем не менее в некоторых случаях возможна работа выпрямителя в режиме верхней отсечки тока или одновременной отсечке тока снизу и сверху.

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 ... 32