Однополупериодная, однофазная схема выпрямления переменного тока.
Однофазные выпрямители
Основным элементом выпрямителя является полупроводниковый диод – вентиль.
Для преобразования однофазного переменного напряжения в источниках в основном используют три схемы: однополупериодную, двухполупериодную мостовая и двухполупериодную со средней точкой трансформатора.
Схема однополупериодного выпрямителя и временные диаграммы приведены на рис. 1.
Выпрямитель состоит из трансформатора ТV, первичная обмотка которого включена в сеть переменного тока, а последовательно со вторичной включен диод VD и сопротивление нагрузки. Трансформатор служит для получения необходимого уровня переменного напряжения и гальванической развязки цепей переменного и выпрямленного тока.
Рис. 1
Достоинством такой схемы является ее простота. Недостатками – высокий коэффициент пульсации выпрямленного напряжения и наличие постоянной составляющей тока во вторичной обмотке трансформатора. Эти недостатки могут быть значительно уменьшены при использовании двухполупериодных схем выпрямления.
11. Работа. Временные диаграммы. Расчет.
14. Однофазный, однопериодный выпрямитель. Работа. Временные диаграммы.
Простейшей схемой выпрямителя является однофазный однополупериодный выпрямитель (рис. 1).
|
|
|
Рис. 1. Схема однофазного управляемого однополупериодного выпрямителя
Диаграммы работы выпрямителя на R-нагрузку показаны на рисунке 2.
Рис. 2. Диаграммы работы выпрямителя на R-нагрузку
Для того, чтобы открыть тиристор, необходимо выполнение двух условий:
1) потенциал анода должен быть выше потенциала катода;
2) на управляющий электрод должен быть подан открывающий импульс.
Для данной схемы одновременное выполнение этих условий возможно лишь в положительные полупериоды питающего напряжения. Система импульсно-фазового управления (СИФУ) должна формировать открывающие импульсы лишь в положительные полунериоды питающего напряжения.
При подаче на тиристор VS1 открывающего импульса в момент времени θ = α тиристор VS1 открывается и к нагрузке прикладывается напряжение питания U1 в течение оставшейся части положительного полупериода (прямое падение напряжения на вентиле ΔUв пренебрежимо мало по сравнению с напряжением U1 (ΔUв = 1 - 2 В)). Поскольку нагрузка R - активная, то ток в нагрузке повторяет форму напряжения.
В конце положительного полупериода ток нагрузки i и вентиля VS1 уменьшатся до нуля (θ = nπ), а напряжение U1изменит свой знак. Таким образом, к тиристору VS1 прикладывается обратное напряжение, под действием которого он закрывается и восстанавливает свои управляющие свойства.
|
|
|
Такая коммутация вентиля под действием напряжения источника питания, периодически изменяющего свою полярность, называется естественной.
Из диаграмм видно, что изменение а приводит к изменению части положительного полупериода, в течение которого напряжение питания приложено к нагрузке, и, следовательно, это приводит к регулированию потребляемой мощности. Угол α характеризует задержку момента открывания тиристора по отношению к моменту его естественного открывания и называется углом открывания (управления) вентиля.
ЭДС выпрямителя и ток представляют собой следующие друг за другом отрезки положительных полусинусоид, постоянных по направлению, но непостоянных по величине, т.е. выпрямленные ЭДС и ток имеют периодический пульсирующий характер. А каждую периодическую функцию можно разложить в ряд Фурье:
e(t) = E + en(t),
где Е — постоянная составляющая выпрямленной ЭДС, en(t) — переменная составляющая, равная сумме всех гармонических составляющих.
Таким образом, можно считать, что к нагрузке приложено постоянная ЭДС искаженная переменной составляющей en(t). Постоянная составляющая ЭДС Е является основной характеристикой выпрямленной ЭДС.
|
|
|
Процесс регулирования напряжения на нагрузке путем изменения называется фазовым регулированием. Данная схема имеет ряд недостатков:
1) высокое содержание высших гармонических в выпрямленной ЭДС;
2) большие пульсации ЭДС и тока;
3) прерывистый режим работы схемы;
4) низкий коэффициент использования схемы по напряжению (kсхе =0,45).
Режимом прерывистого тока работы выпрямителя называется такой режим, при котором ток в цепи нагрузки выпрямителя прерывается, т.е. становится равным нулю.
Однофазный однонополупериодный выпрямитель при работе на активно-индуктивную нагрузку
Временные диаграммы работы однополупериодного выпрямителя на RL-нагрузку представлены на рис. 3.
Рис. 3. Диаграммы работы однополупериодного выпрямителя на RL-нагрузку
Для анализа процессов, протекающих в схеме, выделим три интервала времени.
1. α < θ< δ. Схема замещения, соответствующая этому интервалу, приведена на рис. 4.
Рис. 4. Схема замещения при α < θ < δ
Согласно схеме замещения:
На этом интервале времени eL (ЭДС самоиндукции) направлена встречно напряжению сети U1 и препятствует резкому нарастанию тока. Энергия из сети преобразуется в тепловую на R и накапливается в электромагнитном поле индуктивности L.
|
|
|
2. α < θ < π.Схема замещения, соответствующая этому интервалу, приведена на рис. 5.
Рис.5. Схема замещения при α < θ < π
На этом интервале ЭДС самоиндукции eL поменяла свой знак (в момент времени θ = δ).
При θ δ eL меняет свой знак и стремится поддержать ток в цепи. Она направлена согласно с U1. На этом интервале энергия из сети и накопленная в поле индуктивности L преобразуются в тепловую в R.
3. π < θ < α + λ. Схема замещения, соответствующая этому интервалу, приведена на рис. 6.
Рис. 6 Схема замещения
В момент времени θ = π напряжение сети U1 меняет свою полярность, но тиристор VS1 остается в проводящем состоянии, так как eL превышает U1 и на тиристоре сохраняется прямое напряжение. Ток под действием eL будет протекать по нагрузке в том же направлении до тех пор, пока энергия, накопленная в поле индуктивности L, полностью не израсходуется.
На этом интервале часть энергии, накопленной в поле индуктивности, преобразуется в тепловую в сопротивлении R, а часть отдается в сеть. Процесс передачи энергии из цепи постоянного тока в цепь переменного тока называетсяинвертированием. Об этом свидетельствуют разные знаки е и i.
Длительность протекания тока на участке отрицательной полярности U1 зависит от соотношения между величинами L и R (XL=ωL). Чем больше отношение — ωL/R, тем больше продолжительность протекания тока λ.
Если в цепи нагрузки есть индуктивность L, то форма тока становится более гладкой и ток протекает даже на участках отрицательной полярности U1. Тиристор VS1 при этом закрывается не в момент перехода напряжения U1через 0, а в момент спадания тока до нуля. Если ωL/R→оо, то при α = 0 λ→2π.
15. L- фильтр. Работа, расчет, применение.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 916; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!