Практическая № 5 В-1. Методические указания студентам по выполнению практической работы 5 1 Теоретический материал к заданию
![]()
|
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ СТУДЕНТАМ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ №5 5.1 Теоретический материал к заданию Выпрямителями называются устройства, в которых происходит преобразование переменного тока в постоянной или пульсирующий одного направления. Э ![]() Рисунок 5.1 Блок-схема выпрямителя Силовой трансформатор, служит для согласования напряжения сети с заданной величиной выходного напряжения (если напряжение сети согласованно с выходным напряжением, трансформатор отсутствует). Основным блоком является блок вентилей (диодов), который непосредственно осуществляет процесс преобразования напряжения. Слаживающие фильтры служат для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения (тока). Классификация выпрямителей: Однофазные: однополупериодные и двухполупериодные (схема со средней точкой, мостовая схема). Трехфазные: однополупериодные, двухполупериодные (мостовые схемы). Основными характеристиками выпрямителей являются: Номинальное напряжение постоянного тока- среднее значение выпрямленного напряжения, заданное техническими требованиями. Обычно указывается напряжение до фильтра U0 и напряжение после фильтра Номинальный выпрямленный ток I0 – среднее значение выпрямленного тока, т.е. его постоянная составляющая, заданная техническими требованиями Пульсация – переменная составляющая напряжения или тока на выходе выпрямителя. Это качественный показатель выпрямителя. Коэффициент пульсаций – отношение амплитуды наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе выпрямителя к среднему значению напряжения или тока. Различают коэффициент пульсаций на входе фильтра и коэффициент пульсаций на выходе фильтра. Однофазный однополупериодный выпрямитель iд ![]() ![]() VD U2 тр Iд Iн Uн ![]() t t t t ![]() ![]() ![]() I0 Рисунок 5.2 Схема однофазного однополупериодного выпрямителя Рисунок 5.3 Временные диаграммы работы однофазного однополупериодного выпрямителя Вводим понятие: средневыпрямленное значение тока в нагрузке (I0) – среднее значение тока в нагрузке за период. В схеме однополупериодного выпрямителя с активной нагрузкой Rн ток через диод (Iд) и ток в нагрузке (I0) – это один и тот же ток, который протекает только в течение положительной половины периода (рисунок 5.3) переменного напряжения U2тр, действующего на зажимах вторичной обмотки трансформатора. В отрицательный полупериод к диоду приложено обратное напряжение, он закрыт, всё напряжение падает на обратном сопротивлении диода, т.к. обратное сопротивление диода намного больше сопротивления нагрузки ( ![]() ![]() ![]() ![]() Таким образом, для однофазного однополупериодного выпрямителя справедливы следующие соотношения: Iд = I0 Uобр.m=3,14 U0 (5.1) Основными недостатками выпрямителя являются большой коэффициент пульсации (КП=1,57) и большое обратное напряжение. Однофазные двухполупериодные выпрямители Эти выпрямители могут быть собраны по двум вариантам схем: Со средней точкой Мостовая 2.1 Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой. Двухполупериодный выпрямитель можно рассматривать как два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку. Схема такого выпрямителя приведена на рисунке 5.4 ![]() Рисунок 5.4 Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой. Напряжения, питающие VD1 и VD2, одинаковы по величине и сдвинуты между собой по фазе на 180 градусов. В один из полупериодов, когда потенциал точки а положителен по отношению к потенциалу среднего вывода, диод VD1 открыт. Ток iд1 протекает от точки а трансформатора, через диод VD1, сопротивление нагрузки Rн и замыкается через вторичную обмотку трансформатора. В следующий полупериод потенциал точи b положителен относительно потенциала средней точки трансформатора. Ток iд2 протекает от точки b через диод VD2, сопротивление нагрузки Rн и замыкается через вторичную обмотку трансформатора. Причем через нагрузку Rн токи iд1 и iд2 текут в одном направлении. Временные диаграммы токов и напряжений представлены на рисунке 5.5. U2 тр IVD1 IVD2 Iн Uн ![]() t t t t t ![]() I0 ![]() ![]() ![]() Рисунок 5.5 Временные диаграммы токов и напряжений однофазного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой. Постоянная составляющая выпрямленного тока составляет: ![]() Ток через каждый диод протекает только в течении одного полупериода. Поэтому среднее значение тока, проходящего через каждый диод, определяется по формуле: ![]() В течение полупериода, когда работает диод VD1, диод VD2 закрыт, к нему приложено обратное напряжение, равное разности потенциалов между точками а и b вторичной обмотки трансформатора. Такое же обратное напряжение в следующий полупериод будет приложено к диоду VD1 ![]() ![]() Таким образом, для однофазного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой справедливо: ![]() Uобр,m=3,14 U0 (5.4) Коэффициент пульсаций в этой схеме по сравнению с предыдущей уменьшился (КП=0,67), но обратное напряжение остается большим. 2.2 Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель. ![]() Рисунок 5.6 Схема двухполупериодного мостового выпрямителя. В схему входят 4 диода, включенные по схеме моста. К одной диагонали моста подключена вторичная обмотка трансформатора, к другой – нагрузка ![]() В следующую половину полупериода, когда полярность концов А и В вторичной обмотки трансформатора меняется, ток течёт от точки А через диод VD4, сопротивление нагрузки Rн, диод VD1 к точке В. Направление тока, проходящего через нагрузочное сопротивление Rн в течение обоих полупериодов, одинаковое. Поэтому имеет место двухполупериодное выпрямление. Временные диаграммы токов и напряжений представлены на рисунке 5.7 U2 тр IVD2VD3 IVD1VD4 Iн Uн ![]() t t t I0 t t ![]() ![]() ![]() ![]() Рисунок 5.7 Временные диаграммы токов и напряжений однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя. Постоянная составляющая выпрямленного тока составляет: ![]() Ток через каждый диод протекает только в течении одного полупериода. Поэтому среднее значение тока, проходящего через каждый диод, определяется по формуле: ![]() Обратное напряжение, приложенное к одному диоду в 2 раза меньше, чем в схеме со средней точкой, так как в течение каждой половины периода данное напряжение приложено к двум диодам, включенным последовательно. ![]() Т ![]() аким образом, для однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя справедливо: (5.7) В этой схеме значительно уменьшилось обратное напряжение. Поэтому однофазный мостовой выпрямитель является наиболее часто используемой схемой. Трехфазный однополупериодный выпрямитель ![]() Рисунок 5.8 Схема трехфазного однополупериодного выпрямителя. Ток через каждый диод и связанную с ним фазу вторичной обмотки трансформатора проходит в течение одной трети периода, когда напряжение соответствующей фазы выше напряжения в двух других фазах. Ток через два других диода в эту треть периода не проходит, они закрыты. Как видно на временной диаграмме (рисунок 5.9), точки пересечения положительных полупериодов напряжения соответствуют прекращению тока одного диода и появлению тока прямой проводимости следующего диода ![]() Рисунок 5.9 Временные диаграммы токов и напряжений трехфазного однополупериодного выпрямителя Как видно из рисунка 5.9 пульсация тока в трёхфазном выпрямителе значительно меньше (КП=0,25) , чем в двухполупериодном однофазном. Ток через каждый диод протекает в течении одной трети периода: ![]() Обратное напряжение, приложенное к диоду в закрытом состоянии ![]() ![]() Таким образом, для трехфазного однополупериодного выпрямителя справедливо: ![]() (5.10) Трехфазный двухполупериодный выпрямитель ![]() Рисунок 5.10 Схема трёхфазного мостового выпрямителя (Схема Ларионова) В рассматриваемой схеме все диоды работают попарно-поочерёдно, причем каждый диод работает на протяжении одной трети периода, а каждая пара – на протяжении шестой части периода. Ток проходит через пару диодов, разность потенциалов между которыми в данный момент времени максимальна. ![]() Рисунок 5.11 Временные диаграммы токов и напряжений трехфазного однополупериодного выпрямителя Как видно из временной диаграммы (рисунок 5.11) переключение диодов происходит в 2 раза чаще, в результате чего коэффициент пульсации резко уменьшается (КП=0,057). Кроме того, в схеме лучше используется трансформатор и обратное напряжение снижается Таким образом, для трехфазного однополупериодного выпрямителя справедливо: ![]() (5.12) Сравнительные характеристики схем выпрямителей Таблица 5.1
5.2 Алгоритм расчета Таблица 5.2
Технические характеристики диодов Таблица 5.3
5.3 Практическая работа №5 Расчет выпрямителя Цель: Научиться производить технический расчет выпрямителя, составлять принципиальные электрические схемы полупроводниковых выпрямителей Задание: Составить рабочую схему выпрямителя, используя стандартные диоды. Мощность потребителя Pн, Вт с напряжением питания Uн,В. Пояснить работу схемы используя временные диаграммы. Данные для своего варианта взять из таблицы 5.4 Таблица 5.4
5.4 Критерии оценки Таблица 5.5
|