Лабораторная элтех выпрямители. Лаба выпрямитель. 1, с. 5 Выпрямители можно классифицировать потрем параметрам
 Скачать 434.48 Kb.
|
|
Выпрямителем называют устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток. [1, с. 5] Структурная схема выпрямительного устройства при питании от однофазной сети показана на Рис. 1. Рис. 1. Структурная схема источника питания. [1, с. 5] 1. Силовой трансформатор — устройство для понижения или повышения напряжения питающей сети и гальванической развязки сети с аппаратурой. [2, с. 4] 2. Выпрямительный элемент (вентиль, имеющий одностороннюю проводимость, служит для преобразования переменного напряжения в пульсирующее переменное напряжение. [2, с. 4] 3. Фильтр — устройство для сглаживания пульсирующего напряжения. [2, с. 4] Основой устройства является блок выпрямления, построенный на одном или нескольких диодах. Функция трансформатора сводится к повышению или понижению вторичного напряжения U2 при заданном первичном напряжении U1 с целью получения требуемой величины постоянного напряжения н на выходе (нагрузке. Сглаживающий фильтр предназначен для улучшения качества выпрямленного напряжения, а стабилизатор обеспечивает практическую неизменность напряжения на нагрузке при воздействии различных факторов (изменение величины нагрузки, колебание напряжения сети и т.д.). [1, с. 5] Выпрямители можно классифицировать потрем параметрам 1. По управлению выходным напряжением различают управляемые и неуправляемые выпрямители. В неуправляемых выпрямителях в качестве вентилей используются диоды. Выходное напряжение таких выпрямителей регулировать невозможно. В управляемых выпрямителях сопротивление нелинейного элемента зависит не только от полярности напряжения, но и от управляющих сигналов. В качестве вентилей в таких выпрямителях используются тиристоры либо комбинации тиристоров и диодов. [2, с. 4] 2. По форме напряжения на выходе выпрямителя различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители. Однополупериодным называется выпрямитель, выходное напряжение которого соответствует только одному полупериоду входного напряжения. Выпрямитель, выходное напряжение которого соответствует положительному и отрицательному полупериодам входного напряжения, называется двухполупериодным. [2, с. 4] 3. По числу фаз входного напряжения на входе выпрямители могут быть однофазными, трехфазными или многофазными. Соответственно различают одно, трех- и многофазные выпрямители. [2, с. 4] Диод – двухэлектродный прибор, содержащий один электронно-дырочный переходи обладающий свойством практически односторонней проводимости. [1, с. 6] Тиристор – управляемый полупроводниковый прибор ключевого типа с четырехслойной структурой p – n – p – n, имеющий два устойчивых состояния – закрытое и открытое выключенное и включенное. Переход из закрытого состояния в открытое, те. включение тиристора осуществляется по цепи управления с помощью маломощного сигнала. Выключение тиристора по цепи управления производится не может. [1, с. 6] Однополупериодовый выпрямитель без фильтра Рис. 2. Однофазный однополупериодный выпрямитель. [4, c. 7] В интервале времени 0 – T/2 напряжение на вторичной обмотке трансформатора u2 > 0 , следовательно, диод VD открыт и напряжение на нагрузке н повторяет положительную волну u2(t) , падение напряжения на открытом диоде uVD = 0. На интервале T/2 – T напряжение u2 < 0 , следовательно, диод закрыт и ток в нагрузке н = 0 , отрицательная полуволна u2(t) будет на закрытом диоде. Далее процессы повторяются. [1, c. 9] Напряжение (ток) на нагрузке имеет пульсирующий характер с постоянными составляющими Uн.ср и Iн.ср, которые необходимы для питания нагрузки. Таким образом, мгновенное значение напряжения на нагрузке н) имеет постоянную составляющую Uн.ср и переменную составляющую, которую называют напряжением пульсаций пульс н) = Uн.ср + пульс. [1, c. 10] Пульсации напряжения характеризуются частотой и разностью максимального и минимального значений напряжения на нагрузке н за период. Для данной схемы выпрямления, как видно из временных диаграмм на рис. 2, частота пульсаций совпадает с сетевой частотой, ан. Чем меньше пульсации и чем больше их частота, тем более качественным считается выпрямленное напряжение. [1, c. 10] Однофазный двухполупериодный выпрямитель (мостовая схема) Рис. 3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель. [1, с. 11] В интервале времени от нуля до T/2 напряжение на вторичной обмотке трансформатора u2 > 0, следовательно, диоды VD1 и VD4 открыты и напряжение на нагрузке н) повторяет положительную волну u2(t). На интервале времени от T/2 до T напряжение u2(t) < 0, следовательно, диоды и VD3 открыты, аи закрыты. Ток через нагрузку сохраняет тоже направление, что и на интервале 0 – T/2, а значит, напряжение н) не изменяет свою полярность. Далее процессы повторяются. [1, c. 10] Преимуществами мостовой схемы по сравнению с предыдущей являются более легкий режим работы диодов (при одинаковых значениях Uн.ср и Iн.ср), а также лучшее использование трансформатора, так как ток его вторичной обмотки i2(t) при использовании мостовой схемы не имеет постоянной составляющей, подмагничивающей сердечник трансформатора. [1, с. 11] Сглаживающие фильтры Для снижения пульсаций выпрямленного напряжения используют сглаживающие фильтры, простейшими из которых являются емкостной и индуктивный. Принцип работы фильтров основан на использовании зависимости реактивных сопротивлений емкости xC = 1/ωC и индуктивности xL = ωL от частоты. При постоянном токе xC = ∞ и xL = 0, поэтому конденсатор включают параллельно нагрузке, а индуктивность последовательно. [1, с. 12] Однополупериодный выпрямитель с емкостным фильтром Рис. 4. Работа емкостного фильтра в однофазном однополупериодном выпрямителе. [1, с. 13] Рассмотрим установившиеся процессы периодических изменений напряжения на конденсаторе. При повышении напряжения u2(t) вторичной обмотки трансформатора наступает момент времени t1, когда оно становится равным напряжению на конденсаторе uC(t). Дальнейшее повышение напряжения u2(t) определяет процесс зарядки конденсатора. Для конденсатора емкостью Сф этот процесс характеризуется постоянной времени заряда τзар = Сф R, где R – сопротивление цепи заряда. Оно включает в себя активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к его вторичной обмотке, и сопротивление открытого диода. Эти величины хотя и малы, но конечны, поэтому с момента времени t1 напряжение uC(t) начинает расти, оставаясь тем не менее ниже, чем u2(t). На интервале заряда ток протекает через открытый диод VD. После перехода u2(t) через максимум начинается его снижение. С момента времени t2 темп снижения u2(t) становится больше темпа снижения uC(t), в результате напряжение на конденсаторе оказывается ниже, чем u2(t), диод закрывается и начинается интервал разряда емкости. Конденсатор разряжается на нагрузку с постоянной времени разряда разр = Сф н до момента времени t3, пока напряжение вторичной обмотки вновь не превысит напряжение на конденсаторе. Далее процессы повторяются. [1, с. 13] Двухполупериодный выпрямитель с емкостным фильтром Рис. 5. Работа емкостного фильтра в двуполупериодном выпрямителе. [3, с. 51] Однофазные двухполупериодные управляемые выпрямители Рис. 6. Управляемый однофазный двухполупериодный выпрямитель [1, с. 20] Она содержит диоды VD1, VD2, тиристоры VS1, VS2, трансформатор и схему управления СИФУ, вырабатывающую импульсы тока управления тиристорами. [1, с. 20] При поступлении положительной полуволны напряжения 2 u в интервале 0 – π к аноду тиристора VS1 прикладывается напряжение положительной полярности, а к аноду тиристора VS2 – отрицательной полярности. Тиристор VS2 на всем интервале 0 – π будет закрыт из-за отрицательного напряжения на его аноде. Тиристор VS1 также будет закрыт, пока вцепи его управления не появится импульс тока управления у > 0 . Этому моменту на временных диаграммах соответствует угол включения α, который отсчитывается от начала периода. С появлением импульса у тиристор включается, и напряжение 2 u оказывается приложенным к нагрузке. Через сопротивление нагрузки н протекает ток по цепи +; VS1; н VD2; -. В интервале π - 2π тиристор VS1 закрывается отрицательным анодным напряжением. Тиристор VS2, к аноду которого в этот промежуток приложено положительное напряжение (+)-(−) , откроется только при появлении импульса , у также сдвинутого на угол α, но уже относительно точки π. Через сопротивление нагрузки н протекает ток по цепи (+) ; VS2; н VD1; (−), причем в том же направлении, что и на интервале 0 – π и, как следствие, полярность напряжения н u не меняется. Далее процессы повторяются. Литература 1. Васюков С.А., Мисеюк О.И. Исследование неуправляемых и управляемых выпрямителей методические указания к выполнению лабораторной работы по курсам Электротехника, Электротехника и электроника С.А.Васюков, О.И. Мисеюк – М Изд – во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2020 – 27,[2] сил. Мещеряков, В. Д. Исследование выпрямителей, фильтров и стабилизаторов напряжения и тока, преобразователей переменного и постоянного токов и электропреобразовательных устройств переменного тока учебно-методическое пособие / В. Д. Мещеряков, В. Д. Шашурин, МС. Селезнева. — Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020. — 78, [2] сил. Понкратов, Ю.И. Электронные преобразователи вагонов учеб. пособие. — М ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2016. — 194 с. 4. Исследование неуправляемых и управляемых выпрямительных устройств Метод. указания к лабораторной работе / С.А. Васюков, В.В. Лаврентьев, О.И. Мисеюк, А.Б. Красовский. М Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 24 сил |