Главная страница

Материалы для подготовки к экзамену по электротехнике. Закон Ома. Работа и мощность в электрической цепи. Закон ДжоуляЛенца


Скачать 2.39 Mb.
НазваниеЗакон Ома. Работа и мощность в электрической цепи. Закон ДжоуляЛенца
АнкорМатериалы для подготовки к экзамену по электротехнике.doc
Дата18.02.2017
Размер2.39 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаМатериалы для подготовки к экзамену по электротехнике.doc
ТипЗакон
#2855
КатегорияЭлектротехника. Связь. Автоматика
страница16 из 16
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   16
КВ = I ПР / I ОБР , (U = const ).

Идеальныевентильные элементы пропускают ток только в одном направлении (прямой ток) и совсем не пропускают тока в обратном направле­нии I ОБР = 0 , т. е.обладают высокими выпрямительными свойствами. Реальныевентильные элементы, в отличие от идеальных, пропускают сравнитель­но небольшой обратный ток I ОБР ≈ 0 и отличаются более низкими выпрямительными свойствами. Поэтому для обеспечения качественной работы выпрямителя вентильные элементы долж­ны обладать малым прямым и большим обратным сопро­тивлениями, а также высоким допустимым обратным напряжени­ем, высоким КПД и стабильностью характеристик.

Сглаживающий фильтр служит для снижения пульсаций (сглаживания) выпрямленного напряжения, получаемого на выходе выпрямительного блока. Фильтр яв­ляется устройством, содержащим R – , Lи С - элементы, благодаря которым фильтр способен запасать энергию при увеличении напряжения и отдавать ее при уменьше­нии напряжения. Качество работы фильтра оценивается коэффи­циентом фильтрации (сглаживания) - отношением коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра q = К П ВХ/ К П ВЫХ.

Стабилизаторслужит для снижения влияния изменяющихся внешних условий (колебания напряжения в питающей сети, изме­нение нагрузки, температуры и т. д.) на режим работы выпрямителя с целью поддержания выходного напряжения на заданном уровне. Стабилизатор может быть установлен как на выходе выпрямителя, так и на входе - со стороны пере­менного тока.

В состав выпрямителя могут также входить выключатели, элементы ав­томатики и защиты от перегрузок. В зависимости от конкретных требований отдельные блоки в выпрямителе могут отсутствовать (кроме выпрямительного блока). Если, например, не требуется изменять входное на­пряжение UВХ и в целях безопасности электрически разделять нагрузку от питающей сети, то из схемы исключается трансформатор, а в некоторых случаях можно исключить сглаживающий фильтр или стабилизатор.

Кроме того, сам выпрямительный блок может быть очень простым или достаточно сложным. В простых схемах содержится мини­мальное количество вентильных элементов, в результате чего получают низкое качество выпрямления со сравнительно высоким коэффици­ентом пульсаций. Сложные схемы строятся на основе смешанного соединения вентильных элементов, благода­ря чему удается понизить коэффициент пульсации и улучшить характеристики выпрямителя.

Основными техническими параметрами выпрямителя являются значение входного (пере­менного) напряжения UВХи тока I, среднее значение выпрямленного напряжения (средневыпрямленное напряжение) UС Ви ток IС В, коэффициент пульсаций К П,коэффициент сглаживания пульсаций q,КПД и др.

По способам преобразования переменного тока раз­личают одно- и двухполупериодные выпрямители.

 ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЕ ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Схема простейшего однополупериодного выпрямите­ля (рис. 18) содержит трансформатор Тр, первичная обмотка которого включена в сеть переменного (синусоидального) тока на напряжение u1 , а ко вторич­ной обмотке на выходное напряжение трансформатора u2 последовательно подключены диодVD и резистивная нагрузка RH .

В течение первого условно положи­тельного полупериода (на верхнем зажиме вторичной обмотки трансформатора потенциал положителен (рис. 18, а ) диод включён в прямом направлении –«диод открыт». В этом случае по цепи с нагрузкой RН протекает ток iН = i2 . Поскольку сопротивление диода практически равно нулю, то ток в цепи определяется практически только сопротивлением нагрузки:

i2 = iН = u2/(RПР + RН ) = u2/RН .

При этом напряжение на нагрузке практически равно выходному напряжению трансформатора:

uН =i2RН = u2.

 

 Рис. 18. Схема и осциллограммы однополупериодного однофазного выпрямителя

В течение второго условно отрицательного полупериода (на верхнем зажиме вторичной обмотки трансформатора потенциал отрицателен (рис. 18, б) диод включён в обратном направлении – «диод закрыт», поэтому ток в цепи отсутствует i2 = iН = 0 .

В этом случае напряжение на нагрузке также равно нулю uН =i2RН = 0 и всё выходное напряжение трансформатора u2 оказывается приложенным к диоду u2 = uН + uД = uДина зажимам диода возникает максимальное обратное напряжение.

Выпрямленное напряжение и ток в нагрузке уже не являются синусоидальными, а имеют вид повторяющихся импульсов одной полярности, разделенных паузами. Напряжение (ток) несинусоидальной фор­мы можно представить как сумму некоторого постоян­ного напряжения (постоянная составляющая) и синусоидальных напряжений с час­тотами ω , 2ω , Зω и т. д. Такая сумма называется рядом и может содержать несколько слагаемых. Первое слагаемое этого ряда - постоянная составля­ющая или средневыпрямленное напряжение за период UCВ ,а все последующие члены - переменные составляющие или гармоники. В частности, второе слагаемое называется напряжением основной (первой) гармоники Uс часто­той, равной частоте сети ω, остальные члены ряда - гар­моники более высокого порядка с частотами, кратными основной частоте.

Средневыпрямленное напряжение (постоянная составляющая выпрямленного напряжения) в случае однополупериодного выпрямления равна:

UCВ = 0,32 U2 МАХ = 0,45 U2 .

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения КПравен отношению амп­литуды первой (основной) гармоники к среднему значению выпрямленного напряжения в случае однополупериодного выпрямления оказывается очень высоким:

КП = U/ UCВ = 1,57 .

Благодаря простоте устройства однофазные однополупериодные выпрямители часто применяются в качестве блоков питания в радио- и телевизионной технике, в выпрямительных цепях измеритель­ных приборов и др.

 ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЕ ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

 Известны два варианта схем двухполупериодного од­нофазного выпрямителя:

  1. 1.     Схема с выводом от среднего витка (средней точки) вторичной обмотки трансформатора;

2. Мостовая схема.

1. Двухполупериодный однофазный выпрямитель с выводом от среднего витка вто­ричной обмотки трансформатора состоит из трансформатора Тр, двух диодов VD1 и VD2 и нагрузки RH(рис. 18 ). Аноды диодов присоединены к концам вторичной обмотки трансформатора (точки 1 и 2 ), а катоды - к общему узлу 3 .Нагрузка включена между средним витком обмотки трансформатора 0 и узлом 3 .

 



 

Рис. 18. Схема и осциллограммы двухполупериодного однофазного выпрямителя
с выводом от среднего витка вто­ричной обмотки трансформатора

 

По своей схеме такой двухполупериодный выпрямитель эквивалентен двум однополупериодным выпрямителям, работающим на общую нагрузку со сдвигом на полпериода, поэтому напряжение и ток в нагрузке состоят из положительных синусоидальных полуволн без пауз ( « + » со стороны катодов, точка 3 ).

При включении сетево­го напряжения u1 на первой и второй половинах вторичной обмот­ки трансформатора возникают напряжения u 21и u 22. В первый полупериод потенциал точки 1 является положительным, а потенциал точки 2 является отрицательным относи­тельно вывода средней точки 0 . В этом случае диод VD2 закрыт, а диод VD1 открыт и под действием наведённого в первой половине вторичной обмот­ки трансформатора напряжения u 21в цепи возникает ток i21 , который проходит через диод VD1 ,нагрузку RН и первую половину вторичной обмот­ки трансформатора. В следующий полупериод полярность на концах вторичной обмотки трансформатора меняется на обратную: диод VD1 за­крывается, а диод VD2 открывается. Под действием наведённого во второй половине вторичной обмот­ки трансформатора напряжения u22 в цепи возникает ток i22 , который проходит через диод VD2 ,нагрузку RН и замыкается через вторую половину вторичной обмотки. Таким образом, каждые полпериода через нагрузку RH поочередно, проходят в одном и том же направлении токи i21 и i22 , поэтому ток в нагрузке равен их сумме: i н = i21 + i22 .

Поскольку практически всегда и первая и вторая половины (ветви или плечи) выпрямителя выполняются одинаковыми, т. е. являются симметричными, то и токи в ветвях выпрямителя также будут одинаковыми i21 = i22 .

Средневыпрям­ленное напряжение в схемах с двухполупериодным выпрямлением вдвое больше по величине, чем в схеме с однополупериодным выпрямлением:

UCВ = 0,9 U2 .

Коэффициент пульсаций при двухполупериодном вы­прямлении значительно меньше, чем при однополупериодном:

КП = U/ UCВ = 0, 67.

К недостаткам схемы следует отнести более сложное устройство трансформатора.

 2.Однофазный мостовой выпрямитель содержит трансформатор, ко вторичной обмотке которого подключён блок из четырёх диодов VD1 – VD4 , соединенных по схеме четырёхплечего моста (рис. 19). Нагрузка RН включена во вторую диагональ моста между общим катодом диодов VD1 – VD2 (точка 3 )и общим анодом диодов VD3 – VD4 (точка 4).

 



 

Рис. 19. Схема и осциллограммы двухполупериодного однофазного

мостового выпрямителя

 При включении сетево­го напряжения u1 на вторичной обмот­ке трансформатора возникают напряжения u 2 . В первый полупериод потенциал точки 1 является положительным, а потенциал точки 2 является отрицательным. В этом случае диод VD4 закрыт, а диоды VD1 и VD3 открыты и под действием напряжения вторичной обмотки трансформатора u21в цепи возникает ток i21 , который проходит через диоды VD1 - VD3 ,нагрузку RН и вторичную обмот­ку трансформатора. В следующий полупериод полярность на концах вторичной обмотки трансформатора меняется на обратную: диод VD3 за­крывается, а диоды VD2 и VD4 открываются и под действием напряжения вторичной обмот­ки трансформатора u22 в цепи возникает ток i22 , который проходит через диоды VD2 - VD4 ,нагрузку RН и замыкается через вторую половину вторичной обмотки. Таким образом, каждые полпериода через нагрузку RH поочередно, проходят в одном и том же направлении токи i21 и i22 , поэтому ток в нагрузке равен их сумме: i н = i21 + i22 .

Поскольку практически всегда и первая и вторая половины (ветви или плечи) выпрямителя выполняются одинаковыми, т. е. являются симметричными, то и токи в ветвях выпрямителя также будут одинаковыми i21 = i22 .

Мостовая схема аналогична схеме выпрямителя с выводом от среднего витка вто­ричной обмотки трансформатора, поэтому средневыпрям­ленное напряжение и коэффициент пульсаций для обеих схем одинаковы: UCВ = 0,9 U2 ; КП = 0, 67 .

Однако мостовая схема положительно отличается тем, что обратное напряжение на диодах в ней в 2 ра­за меньше, а вторичная обмотка имеет меньше витков и не имеет вывода от среднего витка, что значительно упрощает конструкцию выпрямителя. Кроме того, имеется возможность использования мостовой схемы без тран­сформатора в тех случаях, когда не требуется изменять величину выпрямленного напряжения по сравнению с напряжением питающей сети.

Обе схемы двухполупериодного однофазного выпрямления, широко применяются в выпрямителях мощностью до 1 кВт и на­пряжением от нескольких вольт до нескольких киловольт. Для получения более мощных источников питания постоянного тока используют трёхфазные выпрямители, а также преобразовательные устройства, изготовляемые на базе тиристоров.
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   16


написать администратору сайта