Главная » Книги и журналы

1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 22

стояиного тока, значение которых лежит в пределах до единиц-десятков киловольт. При этом токи, потребляемые указанными приборами, обычно малы и не превышают, долей-единиц миллиампер.

Трудности конструктивного исполнения высоковольтных трансформаторов и высокие (до нескольких киловольт) напряжения, прикладываемые к выпрямительным диодам, требуют применения специальных выпрямительных устройств с умножением напряжения. Схемами с умножением напряжения называются такие выпрямительные схемы, в которых выходное напряжение в 2-4 раза или более превышает значение напряжения на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора. В качестве дополнительных источников э.д.с, предназначенных для увеличения выходного напряжения, в таких схемах используют конденсаторы, периодически заряжаемые при помощи полупроводниковых диодов.

На рис. 4-2 приведена схема однофазного выпрямителя с удвоением напряжения, состоящая из двух однофазных выпрями-


Рис. 4-3. Однофазный и выпрямитель с учетвере-* нием напряжения.

тельных схем с диодами и Дг и конденсаторами Су и Cj. Оба Этих выпрямителя соединены между собой последовательно, и нх суммарное напряжение прикладывается к нагрузке Rn. Напряжение на каждом из конденсаторов фильтра С, и Сг примерно равно напряжению на выходной обмотке трансформатора Тр, а напряжение на нагрузке вдвое превышает последнее за счет суммирования напряжений на указанных конденсаторах.

На рис. 4-3 приведена схема выпрямителя с учетверением напряжения. Принцип действия этой схемы заключается в следующем. Пусть, например, на вход выпрямителя подается напряжение с полярностью, указанной на рис. 4-3. При этом открыты диоды Дг и Д4 и происходит заряд конденсаторов Су и С4. Напряжение на С4 Вдвое превышает напряжение на входе выпрямителя благодаря согласному последовательному включению со вторичной обмоткой трансформатора Тр предварительно заряженного конденсатора Сг (полярность напряжения на Сг указана на рис. 4-3). При смене полярности напряжения питания ранее открытые диоды закрываются, а диоды Ду и Дз открываются. Происходит заряд конденсаторов Сг в Сз, причем напряжение на Сз вдвое превышает напряжение на входе выпрямителя.

Нагрузка подключается к конденсаторам Сз и С4, соединенным между собой последовательно. Таким образом, напряжение на нагрузке равно сумме напряжений на конденсаторах Сз и С4, а следовательно, в 4 раза превьш1ает напряжение на входе выпрямителя. Напряжение на конденсаторах Су и Cg зависит от тока нагрузки и при уменьшении последнего возрастает, стремясь к амплитудному значению напряжения на входе выпрямителя. Резистор R Служит для ограничения амплитудных значений токов, протекаю-



щйх через диоды выпрямителя в процессе заряда соответствующих коиденсаторов. Известны также более сложные устройства еднофаз-ных выпрямителей с большим коэффициентом трансформации, однако в данной книге они не рассматриваются.

Временные диаграммы, иллюстрирующие работу двухтактных выпрямителей (см. рис. 4-1, б, в) с фильтрами различных типов (сМ. рис. 4-1, г), приведены на рис. 4-4. При работе выпрямителя на емкостный фильтр (рис. 4-4, а) очередной диод Ду (и А для мостовой схемы) открывается, когда напряжение на входе выпрямителя становится равным напряжению на конденсаторе сглаживающего фильтра (момент ty). При этом в интервале ty-tz ток через каждый из открытых диодов ограничен только сопротивлением обмоток трансформатора Тр и открытого диода. В момент ранее открытый выпрямительный диод Ду (и Д4) закрывается, так как напряжение на входе выпрямителя вновь становится равным

\ t

А9т

\ У

tj tz h

дг(дз)

Рис. 4-4. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу однофазных выпрямителей на емкостный фильтр (а) и фильтр LC-типа (б).

напряжению на конденса-торе фильтра. При этом начинается разряд конденсатора фильтра на сопротивление нагрузки, который заканчивается в момент открывания очередных диодов выпрямителя. Открывание очередного диода Дч (и Дз для мостовых схем) происходит в момент 4, когда изменившее знак напряжение на входе выпрямителя снова становится равным напряжению на конденсаторе фильтра. Далее процессы повторяются.

Наличие у трансформатора Тр индуктивностей рассеяния первичной и вторичной обмоток (ip =70) качественно не изменяет ха-пактера процессов в выпрямителе с емкостным фильтром. Однако в этом случае ток через открытый диод спадает до нулевого значения не в тот момент, когда выполняется равенство напряжений на входе и выходе выпрямителя, а несколько позднее (см. пунктирную кривую тока через выпрямительный диод на рис. 4-4, о).



Ё табл. 4-1 приведены основные формулы для расчета Выпрямителей с емкостным сглаживающим фильтром [11, 13]. С помощью этих формул определяются импульсный прямой ток выпрямительного диода /pj напряжение на вторичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода {/zx> импульсное обратное напряжение диода t/gp, эффективные значения токов через выпрямительные диоды /д.эф первичную /хэф и вторичную /гэф обмотки трансформатора.

Вспомогательные расчетные коэффициенты Во, Dg, Fo в табл. 4-1 определяются из графиков, приведенных на рис. 4-5-4-7. За независимые параметры при построении этих графиков выбраны коэффициенты

Ф = arctg (2 я /Lp/гв); = / rjntg U . где / - частота напряжения питания;

LpX /и / В-/ -fB--ориентировочное значение индуктивности рассеяния обмоток трансформатора, приведенное к его вторичной обмотке; В„, - магнитная индукция в сердечнике-трансформатора, Тл; St-число стержней сердечника .трансформатора, на которых расположены обмотки (St= 1 для броневого трансформатора, St =2 для стержневого, St =3 для трехфазного трансформатора); г,- активное сопротивление фазы выпрямителя, равное сумме прямых сопротивлений диодов по постоянному току и сопротивлений обмоток трансформатора, приведенных к его вторичной обмотке; =2 для схем, изображенных на рис. 4-1, и 5 = 1 для схемы, приведенной на рис. 4-2.

Расчет выпрямителя проводится исходя из заданных значений выпрямленного напряжения i/ , тока нагрузки / н и значений пульсаций выпрямленного напряжения AV.

Следует отметить, что сравнительно широкая номенклатура полупроводниковых выпрямительных диодов, выпускаемых отечественной промышленностью, позволяет в большинстве случаев обойтись без последовательного или параллельного включения диодов в выпрямителе. В тех же случаях, когда по каким-либо причинам избежать этого не удается, выпрямители приходится значительно усложнять за счет введения дополнительных элементов.

В качестве примера на рис. 4-8 приведены схемы одного из плеч выпрямителя при наличии последовательного (рис. 4-8, а) или параллельного (рис. 4-8, б) соединения выпрямительных диодов. Резисторы Rm служат для равномерного распределения обратного напряжения между диодами в их закрытом состоянии. Сопротивление каждого из них рассчитывается по формуле

обр.и.

где t/обр.и - импульсное обратное напряжение диода, рассчитанное с помощью формул табл. 4-1; J=(3-r5) /дбр маке - через резисторы /?ш; Л^д - число последовательно включенных диодов в каждом плече выпрямителя (Л^д обр.и/обр.и.макс Д^



V T,S

0,71

---~?

0,0s 0,1 0,15 о,г DS


/,0 3,5 3,0 2,5 2,0

Do

tf=0

) >

Щ

=75°

0 0,BS 0,1 0,1s 0,Z 0,25

Рис. 4-5. Зависимости расчетного коэффициента Во от параметра Л при разных значениях ф.

Рис. 4-6. Зависимости расчетного коэффициента Со от параметра Л при разных значениях ф.

Рис. 4-7. Зависимости расчетного коэффициента Fo от параметра Л^ при разных значениях ф.

о 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Таблица 4-1. Основные формулы для расчета однофазных выпрямителей с емкостным сглаживающим фильтром

Схема выпрямителя

11 i Шк

Импульсное o6j>aTHioe напряжение диода

обр.и

Импульсный прямой ток диода

пр. и

Вспомогательный расчетный коэффициент

Напряжение на вторичной

обмотке травсформа-гора в режиме холостого

хода Ugjj

Рис. 41,6

2 /2

31/н

3,5./н

4,3-10-

Рис. 4-1,в

1,5 Ун

3,5/н

5-10-3

Рис. 4-2

2 t/sx 12 1.5 1/

1,25.10-3

3 Зак. 260



продолжение табл. 4-1

CJteMa выпрямителя

Эффективное гнаяешие тока вторичной обмотки Tpiasc* фарШЭтора

/зэф

Эффективное звачение тока через диоды

Эффективное значеиие тока вторичной обмотки трансформатора

Габаритная мощность трансформатора (приблизительно) габ

Рис. 4-1,6

1.8 Рн

Рис. 4-1,в

Пц / эф

I.SPh

Рис. 4-2

Со/и

ifi /аэф

1.5 Рн

Примечание, п^- коэффициент трансформации силового трансформа, тора; Рц-мощность нагрузки.

1/обр.и.мако ьно допустимое обратное Напряжение диода выбранного типа).

Рис. 4-8. Последовательное (а) и параллельное (6) включение диодов в каждом плече выпрямителя.

Резисторы Рп (рис. 4-8,6) служат для равномерного распределения токов между параллельно включенными диодами в их открытом состоянии. Сопротивление каждого из вих определяется по

формуле Рп = Л^д вп.ср. где l/j, ХЗ -г Б) Unx>; /п.ср - среднее значение тока, вычисленное по формулам табл. 4-1; Л^д -число параллельно включенных диодов в каждом плече выпрямителя

(>вп.ср вп .ср.макс где /дцдр з^с - максимально допустимый средний выпрямленный ток каждого из диодов выбранного типа).

Требуемое значение емкости конденсатора фильтра вычислиет-ся по формуле Сф = Яф/гв/Спулье. где Яф -некоторый вспомо-



Д70* S.Z

Рис. 4-9. Зависимость расчетного 2,4 коэффициента Я ф от параметра Ai при разных значениях <р.

Л

=75°

О 0,05 0,1 0,15 О,г 0,25

гательный коэффициент, определяемый с помощью графиков на

рис. 4-9; /Спульс = А fh/fh (где А н.. -амплитудное значение

пульсаций выходного напряжения). Тип конденсатора фильтра выбираем по расчетному значению Сф. рабочему напряжению ах амплитуде переменной составляющей приложенного

напряжения.

=75

о

ч

1 т

0,06

0,79

Рис. 4-10. Зависимость бв от фв при разных значениях ф.

Рассчитываем внешнюю характеристику Ua Un) выпрямителя по формуле С/ = £Угх cosOb. Значения Й определяются в соответствии с графиками на рис. 4-10 для известного значения аргумента iJib =/н'в/в fzx- Для выпрямителя с удвоением напряжения полученное значение U следует увеличить в 2 раза.

По внешней характеристике выпрямителя (рис. 4-11) находим его внутреннее сопротивление


Рис. 4-11. Внешняя характеристика выпрямителя.

3* Зг.к. 260



/?вн= ({;н.х-н) .

где = 1,411/2х.

При работе выпрямителя (см. рис. 4-1, б, в) иа сглаживающий фильтр LC-типа ток, протекающий через каждый из открытых диодов, имеет практически прямоугольную форму (см. рис. 4-4,6) при достаточно большой индуктивности дросселя. Напряжение на нагрузке в этом случае практически равно среднему значению напряжения на входе фильтра, а переменная составляющая этого напряжения выделяется на дросселе фильтра.

Таблица 4-2. Основные формулы для расчета однофазных выпрямителей со сглаживающим фильтром LC-типа

Схема выпрямителя

Средний вы-п<ря!мле ный ток диода

Импульснюе обратное на-пряжеиие дио-

обр.и

Импульсиый прямой ток

пр.и

Вспомогательный расчетный коэффициент k

Рис. 4-1,6

21/2x2

Б,Б-10-

Рис. 4-1,в

£/2x2-

6,4-10-3

Продолжение табл. 4-2

Эффективное значение тока

Схема выпрямителя

первичной обмотки транс--форматора

вторичной обмотки траяс-форматора

диода д.эф

Габаритная мощность трансформатора Pj,a6 -

Рис. 4-1,6

Пт/н

0,71 /

0,71 /

1,34 ,/

Рис. 4-1,в

Птн

0,71 /

l.llf/H.x /н

В табл. 4-2 приведены основные формулы для расчета выпрямителей со сглаживающим фильтром LC-типа.

Минимально допустимая индуктивность дросселя сглаживающего фильтра Lф, при которой сохраняется режим непрерывного тока в дросселе,

%мин =tH/3nf/д^д.

Строим нагрузочную характеристику выпрямителя по двум точкам - точке/н=0; t/н = tzx (режим холостого хода выпрямителя ) и точке /и; Ua (номинальная нагрузка- выпрямителя).

Находим внутреннее сопротивление выпрямителя по формуле

RBtti (V2U2x - UH)lfB- Определяем коэффициент сглаживани? пульсаций 9ф=-пульр.рх/пульр. Где /Срль?.вдк-И Спудас - отно



г. еительные значения (по отношению к соответствующему постоянному напряжению) амплитуды 1-й гармоники переменной составляющей напряжения на входе и выходе фильтра. Иначе, /пульсвх и Кпульс называются коэффициентами пульсаций напряжений на входе и выходе фильтра.

Значение Спульс задается в исходных данных для расчета выпрямителя; значение ульсвх определяется типом схемы выпрямителя. Как показано в [13], для рассматриваемых в настоящее время разделе однофазных двухполу пер йодных выпрямителей (рис. 4-1,б,е)/С„ульс.вх=67%.

Находим требуемое значение емкости конденсатора фильтра по формуле

где JEф>-ф мнн! Пв = 2]для рассматриваемых выпрямителей.

7,г

1,0 0,8 0,6 0,f

о.г

<

ч

2 у

Лф/<1)ф

Рис. 4-12. Зависимости Д VjVn (кривая /) и Чв (кривая 2) от

Сф/Шф.

0,2 ОЛ 0,6 0,8 1,0 1,2

Определяем максимальное напряжение на конденсаторе фильтра без учета перенапряжений раб^/н. 2х-

Вычисляем коэффициент затухания для фильтра LC-типа по формуле

1 / /н \

Ф= 2lr-h+Сф1лГ]

и собственную частоту фильтра по формуле Шф = 1/У^ Lф Сф.

С помощью графика / на рис. 4-12 по известному значению отношения Оф/Юф находим относительное увеличение напряжения на

конденсаторе в момент включения выпрямителя Д VJU,- а затем Н амплитуду этого напряжения

:1/н (1-f д 1/;/1/ ).



Определяем перенапряжение на конденсаторе фильтра при резком изменении тока от /н ДО /н.мин'

Находим I I \

1 / /-Ф н.мин \

и с помощью кривой 2 на рис. 4-12 определяем значение Лв, пропорциональное относительному увеличению напряжения на конденсаторе фильтра в момент уменьшения нагрузки А UjUa

/н- /

V hi

Затем рассчитываем амплитуду напряжения на конденсаторе фильтра в момент уменьшения нагрузки выпрямителя:

Vn (l + AUJUn).

Подбираем тип и количество конденсаторов фильтра по их известной емкости. Рабочее напряжение выбранных конденсаторов должно превышать большее из значений £/ы и £/ .

4-2. Трехфазные выпрямители

Схемы трехфазных выпрямителей, получившие наиболее широкое практическое применение в средствах вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, приведены на рис. 4-13.

Схемы выпрямителей на рис. 4-13, а, 5 представляют собой трехфазные схемы с выводом нулевой точки вторичных обмоток трансформатора и отличаются друг от друга только способом взаимного включения первичных обмоток трехфазного трансформатора.

По сравнению с однофазными двухполупериодными схемами (см. рис. 4-1, б, в) в рассматриваемых схемах уровень пульсаций

АБС

мл с


+ . + АЛ* Де +

) В)

Рис. 4-13. Основные схемы трехфазных выпрямителей. 70 . ч

Дз Д^ Дб +



выходного напряжения при прочих равных условиях значительно меньше, а их частота выше. К недостаткам трехфазных выпрямителей с выводом нулевой точки вторичных обмоток силового трансформатора относятся повышенное обратное напряжение на выпрямительных диодах; плохое использование силового трансформатора, подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током.

AlocTOBbie схемы трехфазных выпрямителей (рис. 4-13, в, г), получившие название схем Ларионова, по сравнению с ранее рассмотреннымн имеют следующие преимущества, при о„лом и том же выпрямленном напряжении обратрюе напряжение на полупроводниковых диодах вдвое меньше, трансформатор используется значительно лучше, подмагничивание его сердечника отсутствует, уровень пульсаций выходного напряжения значительно меньше, а их частота вдвое больше. К недостаткам мостовых трехфазных схем относятся вдвое большее число полупроводниковых диодов и повышенное падение напряжения на каждом из плеч выпрямителя. Такие выпрямители используют для работы на активную нагрузку, на нагрузку с емкостным фильтром и фильтром ЬС-тш&.

Временные диаграммы токов и напряжений, иллюстрирующие работу трехфазных выпрямителей на активную нагрузку, приведены на рис. 4-14 и 4-15. Диаграммы на рис. 4-14 относятся к трехфазным выпрямительным схемам с выводом нулевой точки вторичной обмотки силового трансформатора, диаграммы на рис. 4-15 - к мостовым трехфазным выпрямителям.

В трехфазной выпрямительной схеме с выводом нулевой точки вторичных обмоток силового трансформатора (см. рис. 4-13, и, б) в любой произвольно выбранный момент времени открыт только один диод (рис. 4-14), а именно тот, у которого анод ( -f диода) находится под наибольшим положительным потенциалом.

На рис. 4-14 для данных выпрямителей показаны форма тока в нагрузке <н и напряжения на ней Ыц, формы токов через диоды 1д1-дз и первичную обмотку трансформатора в фазе A{iJ), кривая обратного напряжения на диоде Дь В мостовых трехфазных выпрямителях (см. рис. 4-13, в, г) в любой произвольно выбранный момент времени ток проводят два диода, у которых анод находится под наиболее положительным потенциалом, а катод - под наибо.чее отрицательным.

На рис. 4-15 показаны кривые выходного напряжения Ын и тока нагрузки н. формы токов через все диоды выпрямителя д,-1д и тока в фазе А, форма обратного напряжения на диоде Ду (f/o6pi).

Выше рассматривался случай активной нагрузки трехфазных выпрямителей при полной симметрии питающих напряжений. Основные расчетные формулы для данного случая сведены в табл. 4-3. Коэффициенты пульсаций выпрямленного напряжения в рассматриваемых выпрямителях соответственно равны пульс=25% для трехфазных схем с выводом нулевой точки вторичной обмотки силового трансформатора и /Спульс =5,7% для трехфазных мостовых схем.

Характер процессов в трехфазных выпрямителях при их работе на нагрузку со сглаживающим фильтром С- или LC-типа качественно соответствует характеру аналогичных процессов в однофазных выпрямителях при тон же нагрузке. Основные расчетные формулы для трехфазных выпрямителей с емкостным фильтром и фильтром LC-типа [И, 13] приведены в табл. 4-4 и 4-5.



1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 22
Яндекс.Метрика