книги / Физические основы электроники
..pdfТок первичной обмотки имеет ту же форму, что и ток вторичной обмотки, отличаясь от него только по величине. Такая форма тока имеет место лишь при соединении обеих обмоток трансформатора в звезду.
Обратное напряжение, приходящееся на один вентиль, определяется так же, как и для трехфазной схемы: оно равно амплитуде линейного напряжения на зажимах вторичной об мотки трансформатора.
Основные соотношения для схемы соединения обмоток трансформатора звезда—звезда:
действующее значение напряжения вторичной обмотки для фазного напряжения
{/2 = — = 0,43 {/о, |
(7.66) |
2,34 |
V ' |
где Uo — постоянная составляющая выпрямленного напряже ния;
для линейного напряжения
U2 пи„ = л/3 [/2 = 0,741/о; |
(7.67) |
|
действующее значение тока вторичной обмотки |
|
|
/2 = 0,78-1,045/о = 0,815/о; |
(7.68) |
|
действующее значение тока первичной обмотки |
|
|
/. = J - / 2 = 0,815J - / O; |
(7.69) |
|
л т |
л т |
|
типовая мощность трансформатора |
|
|
Лип =1,045Ро; |
(7.70) |
|
обратное напряжение, приходящееся на один вентиль, |
||
i/обр = |
2,44 t/г, |
(7.71) |
Uo6P= 1,045 Uo. |
(7.72) |
|
Среднее значение тока через каждый вентиль в 3 раза |
||
меньше выпрямленного тока /о. |
|
|
Частота основной гармоники/ 0.г = 6/с*Тн, амплитуда |
|
|
t/о.г.макс = 0,057 Uo, |
(7.73) |
коэффициент пульсации Кп - 0,057.
Преимущества схемы по сравнению с простой трехфазной схемой:
1)значительно меньше размеры и масса трансформатора (более полное использование обмоток);
2)отсутствие вынужденного намагничивания и связанно го с этим увеличения намагничивающего тока;
3)возможность включения вентилей непосредственно в сеть переменного тока;
4)возможность получения двух напряжений (между нуле вой точкой и каждым из выводов выпрямителя), рав ных половине выпрямленного напряжения;
5)увеличение основной частоты пульсации в 2 раза, уменьшение коэффициента пульсации более чем в че тыре раза и, как следствие, значительное уменьшение размера и массы сглаживающего фильтра.
7.6.Управляемые выпрямители
Управление величиной выпрямленного напряжения мож но производить с помощью автотрансформатора в цепи пе ременного тока, реостата или потенциометра в цепи выпрям ленного тока. Однако, несмотря на простоту, они имеют ряд недостатков: низкий КПД, громоздкость и др. Наиболее эко номичным, удобным и потому самым распространенным спо собом управления выпрямленным напряжением (током), не имеющим отмеченных недостатков, является управляемое выпрямление. Выпрямительное устройство в этом случае на зывается выпрямителем. На рис. 7.27 изображена схема простей-
шего однофазного однополупериодного выпрямителя на ти ристоре.
Управление выпрямленным напряжением в управляемых выпрямителях сводится к задержке во времени момента включения тиристора по отношению к моменту его естест венного включения. Это осуществляется за счет сдвига между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управ ляющий электрод тиристора (рис. 7.28). Такой сдвиг фаз на зывается углом управления а. Управление углом а в выпря мителе производится с помощью фазовращающей цепочки RiRiC. В зависимости от сопротивления резистора R\ угол управления а может изменяться от 0 до 90°, что позволяет плавно регулировать выпрямленное напряжение от наиболь шей величины до его половины.
Оптимальной формой управляющего сигнала для тири сторов является прямоугольный импульс малой длительнос ти, или импульс с крутым передним фронтом. Такая форма позволяет уменьшить нагрев управляющего электрода в тири сторе, а также обеспечить за счет высокой крутизны импульса четкое отпирание тиристора. Поэтому для создания управляю-
К управля
ющему
Ь Л & кт р о д у
&ъмтилл
СИФУ
щего сигнала подобной формы применяют специальные уст ройства управления, называемые системами управления. Су ществует много систем управления, но все они в основном состоят из трех элементов (рис. 7.29):
1— входное устройство, предназначенное для преобразо вания до требуемой величины управляющих сигналов, кото рые синхронизируются в этом устройстве с напряжением сети. Обычно в качестве входного устройства используют много фазный трансформатор;
2 — фазосдвигающее устройство сдвигает по фазе (во вре мени) управляющие сигналы на угол а относительно напря жения питания. В качестве фазосдвигающего устройства мо гут служить RC-цепи, мостовые фазовращатели, насыщенные дроссели и трансформаторы, а также схемы «вертикального управления»;
3 — выходное устройство формирует и усиливает управ ляющий сигнал.
В некоторых преобразователях отсутствуют отдельные устройства. Так, например, на рис. 7.27 в маломощном пре образователе отсутствуют входное и выходное устройства.
На рис. 7.30 изображена схема однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя. В этом выпрямителе входным устройством является трансформатор Трг. Фазовый сдвиг управляющих сигналов по отношению к анодному на пряжению производят с помощью мостового фазовращателя. Схема и векторная диаграмма фазовращателя изображены на рис. 7.31. При изменении величины сопротивления перемен ного резистора R фаза напряжения Ucd, являющегося выход ным напряжением мостового фазовращателя, при неизменной амплитуде плавно изменяется от 0 до 180°.
Напряжение с выхода фазовращателя через диоды D\ и Di, пропускающие только положительные импульсы, поступает на выходное устройство, на входе которого имеются усилите ли-ограничители на транзисторах Т\ и Тг. Выходное напря жение этих усилителей, имеющее трапецеидальную форму, диф ференцируется, проходя через цепочки C\R\ и CiRi. Диоды
>///////////////////////////////////////^^
Рис. 7.31
Di и DAпропускают в управляющие цепи транзисторов лишь положительные импульсы малой длительности и с крутым передним фронтом. Питание усилителей-ограничителей осуще ствляют от отдельного мостового выпрямителя (диоды Ds, Ds, Di, Ds). Фазовый сдвиг а (время прихода импульсов) плавно регулируют переменным резистором R мостового фазовра щателя от 0 до 180°. Среднее значение выпрямленного напря жения при угле управления а без учета потерь определяют из выражения
и«а = Л и г (1 + cos а) = и т 1 + cos а |
(7.74) |
где Ui — действующее значение напряжения фазы вторичной обмотки трансформатора;
Uпо — |
2>/2U2 |
(7.75) |
|
величина UHaпри а = 0. Зависимость U„Ja)
называют характеристи кой управления управля емого выпрямителя, гра фическое изображение которой для нагрузочно-
V///////////////////////////////////////////////////////////////////////.
го устройства |
с |
активным |
|
сопротивлением |
представ- |
||
лено на рис. 7.32. |
|
|
|
С учетом |
потерь |
зави |
|
симость U« |
= |
Д /н) |
для |
управляемого выпрямителя точно такая же, как и для неуправляемого выпрями теля. На рис. 7.33 показано
семейство внешних характеристик управляемого выпрямите ля для нескольких значений угла управления а.
Фазовращающие устройства «вертикального управления» применяют в управляемых выпрямителях и в системах авто матического управления благодаря их высокому быстродей ствию. На рис. 7.34 представлены диаграммы, поясняющие работу фазосдвигающего устройства. Она основана на срав нении в специальном узле (устройстве сравнения) входного напряжения Un, поступающего с первичного преобразовате ля, с напряжением, линейно изменяющимся во времени £/ср,и синхронизирующим питающим напряжением t/пит. При ра венстве сравнительных напряжений на выходе устройства сравнения появляется сдвинутый по фазе на угол а сигнал £/у, который поступает на управляющий электрод тиристора. При изменении входного напряжения до значения U'вх угол управ ления изменяется до величины а ' (см. рис. 7.34).
Трехфазные управляемые выпрямители рассмотрим на примере выпрямителя, изображенного на рис. 7.35. При этом выпрямитель может работать как на активную, так и на ак тивно-индуктивную нагрузку. Момент включения и длитель ность работы тиристоров определяются углом управления а . Отсчет угла а производится от угла естественного включения, которым является угол те/3, сдвинутый влево от максимума синусоидальных напряжений вторичных обмоток трансфор матора.
При работе на активную нагрузку (L* = 0) угол управле ния в трехфазном выпрямителе, пренебрегая временем вклю-
'/////////////////////////////////////////////////////////////;,
чения тиристоров, выби рают из условия а < я/6, при котором ток в на грузочном резисторе непрерывен.
Если а будет боль ше тс/6, то ток в нагру зочном резисторе ста нет ' прерывистым (рис. 7.36, а—в), а выпрями тель — потреблять ре активную мощность из сети.
При |
-> оо нагру |
зочный ток |
будет сгла |
живаться и |
иметь неп |
рерывный характер при углах а > л/6. Предель ное значение угла а <
я/2. Если а > я/2, то нагрузочный ток станет прерывистым. Среднее значение напряжения при активно-индуктивном
характере нагрузки а < тг/2 и непрерывном нагрузочном токе можно определить по формуле:
U н а — 7 /н о C O S ( X . ( 7 .7 6 )
Характеристики уп равления трехфазною управляемого выпрям ителя при чисто актив ном сопротивлении на грузочного устройства (Ц = 0) изображены на рис. 7.37.
V//////////////////////////////////////////////////,
На этом рисунке приведена кривая, соответствующая включенному филь трующему дроссе лю с индуктивно стью Ьф = оо. Кри вые при Ьъ±<х> рас-
. полагаются между этими двумя параллельными характеристиками.
Внешние характеристики трехфазного управляемого вы прямителя при различных углах управления а и L$ = оо имеют такой же характер, что и внешние характеристики неуправ ляемого выпрямителя.
7.7. Стабилизаторы напряжения
Различают стабилизаторы напряжения переменного и по стоянного тока.
Существуют два принципиально различных метода ста билизации напряжения: параметрический и компенсационный.
Примером параметрических стабилизаторов могут служить кремниевые стабилитроны. Принцип действия таких стабили тронов основан на изменении сопротивления (или других па раметров) нелинейных сопротивлений.
Сущность компенсационного метода сводится к автома тическому регулированию выходного напряжения. Компенса ционные стабилизаторы состоят из трех основных элементов: чувствительного, усилительного и исполнительного (рис. 7.38).