Работа неуправляемого выпрямителя на активную нагрузку

В случае работы неуправляемого выпрямителя на активную нагрузку предполагаем, что ключ К (см. рис. 1.1, а) замкнут. Напряжение вторичной полуобмотки равно:

,                                          (1.1)

где  θ = ωt – текущее значение угла; ω = 2fCπ – угловая частота сети, t – время.

Положим, что в течение первого полупериода напряжения u(0 – θ1) (рис. 1.1, б) верхний конец полуобмотки положителен по отношению к средней точке (см. рис. 1.1, а, поляр­ность без скобок). Тогда диод VD1 проводит ток id, так как к его аноду приложено положительное напряжение. Поэтому в нагрузку в этот интервал времени проходит положительная полуволна напряжения u. Диод VD2 выключен, так как на его анод подается отрицательное напряжение (см. рис. 1.1, а, полярность без скобок).

В следующий полупериод (θ1 – θ2) полярность напряжения на вторичных полуобмотках изменяется на противоположную (см. рис. 1.1, а, полярность в скобках). Диод VD1 за­крывается, ток нагрузки id начинает проходить  через открывшийся диод VD2. Переход тока нагрузки с диода VD1 на диод VD2 но­сит название процесса коммутации.

Так как переход тока произошел под действием питающего напряжения u, такая коммутация называется естественной и осуществляется в точках перехода через нуль вторичных напряжений. Как следует из рис. 1.1, а, к запертому диоду VD1 приложено обратное напряжение последовательно со­единенных вторичных полуобмоток. Точка соединения катодов является положителным полюсом выпрямленного напряжения, а средняя точка трансформатора – отрица­тельным. Ток в нагрузке id протекает в оба полупериода напряжения сети, в связи с чем схема называется двухполупериодной.

Вы­прямленное напряжение ud повторяет по форме кривую тока. Ток и напряжение id , ud постоянные по направлению, но пульсируют по величине с частотой, в два раза превы­шающей частоту сети (m = 2). Временные диаграммы напряжения и токов на различ­ных участках схемы показаны на рис. 1.1, б – д. Так как через диод и по обеим вто­ричным полуобмоткам проходит синусои­дальный ток, чередуясь через половину пе­риода, ток первичной обмотки (i1) также сину­соидален (рис.1.1, г) и подмагничивание трансформатора постоянным током отсутст­вует.

Для полной характеристики работы выпрямительной схемы необходимо вывести количественные соотношения, связывающие токи и напряжения. Среднее значение вы­прямленного напряжения (Ud)  равно: 

;                                  (1.2)

 .                                          (1.3)

Для максимального обратного напряжения, прикладываемого к закрытому диоду, в соответствии с ранее изложенным имеем:

.                                (1.4)

Средние значения выпрямленного тока (Id) и тока через диод (Iв ср) определяются из соотношений:

.                                              (1.5)

Максимальный ток через диод (Iв м) и его действующее значение (Iв) находятся сле­дующим образом:

;         ,                       (1.6)

где  I2, I – действующее и амплитудное значения тока вторичной обмотки.

Действующий ток первичной обмотки (I1) находится через амплитуду тока пер­вичной обмотки (I):

,                                            (1.7)

где kT = U1ф/U – коэффициент трансформации трансформатора; U – дейст­вующее значение напряжения первичной обмотки.

Мощность трансформатора (ST) рассчитывается для номинальной нагрузки через мощности первичной (S1) и вторичной (S2) обмоток:

ctrono.ru/wp-content/image_post/osnpreobrazt/pic5_9.gif>;

;        ,

где  PdH  – номинальная мощность выпрямленного тока.

Расчетная мощность (ST)  равна:

 .                                 (1.8)

Из выражения (1.8) видно, что мощность трансформатора должна быть завышена на 48 % по сравнению с мощностью нагрузки.

Для сравнительной оценки различных схем выпрямления целесообразно ввести расчетные коэффициенты использования диодов по напряжению (kU) и по току (kI):

;          .

Указанные коэффициенты, рассчитанные по приведенным выше соотношениям для схемы рис. 1.1, а, сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 Параметры различных схем выпрямления

Параметры

Однофазная схема с нулевым выводом

Однофазная мостовая схема

Трехфазная

нулевая индуктивная нагрузка

Трехфазная мостовая индуктивная нагрузка

Активная нагрузка

Индуктивная

нагрузка

Активная нагрузка

Индуктивная нагрузка

Ud

0,9 U2ф

0,9 U2ф

0,9 U2ф

0,9 U2ф

1,17 U2ф

2,34 U2ф

Uобр м

2,84 U2ф

2,84 U2ф  =  3,14 Ud

1,42 U2ф = 1,57 Ud

1,42 U2ф

2,45 U2ф = 2,09 Ud

1,05 U2ф

IВ ср

0,5 Id

0,5 Id

0,5 Id

0,5 Id

1/3 Id

1/3 Id

IВ

0,785 Id

Id

0,785 Id

Id

Id

Id

I2

0,785 Id

Id

πId

Id

Id

Id

S1

1,23 Pdн

1,11 Pdн

1,23 Pdн

1,11 Pdн

1,21 Pdн

1,05 Pdн

S2

1,74 Pdн

1,57 Pdн

1,23 Pdн

1,11 Pdн

Y/Y, Δ/Y 1,48 Pdн

1,05 Pdн

Δ/Z, Y/Z1,71 Pdн

SТ

1,48 Pdн

1,34 Pdн

1,23 Pdн

1,11 Pdн

Y/Y, Δ/Y 1,34 Pdн

1,05 Pdн

Δ/Z, Y/Z11,46 Pdн

kU

3,14

3,14

1,57

1,57

2,09

1,05

kI

0,785

1

0,785

1

1

1

kП1

0,483

0,483

0,18*

0,042*

kИ

0,9

0,9

0,9

0,9

0,827

0,955

kГ

0,484

0,484

0,484

0,484

0,68

0,311

m

2

2

2

2

3

6

* На активную нагрузку

kU, kI – расчетные коэффициенты использования диодов по напряжению и по току; kп1 – ко­эффициент пульсаций для первой гармонической выпрямленного напряжения; m, kИ, kГ находятся на основе изложенных выше определений