Преобразовательные устройства. Двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора

Страницы работы

10 страниц (Word-файл)

Содержание работы

~ ЛЕКЦИЯ 28 ~

Преобразовательные устройства

Для работы многих электронных устройств необходимы источники питания постоянного тока, преобразующие энергию промышленной сети переменного тока.

Основным звеном в источниках питания  является  выпрямитель-устройство, предназначенное для преобразования энергии  источника переменного тока в постоянный ток.

Выпрямители подразделяют на неуправляемые и управляемые, однофазные и многофазные, малой, средней и большой мощности. Для улучшения  качества выпрямленного сигнала  используют сглаживающие фильтры и стабилизаторы напряжения.

Схемы однофазных выпрямителей:

-  однополупериодная;

-  двухполупериодная с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора;

-  мостовая.

Схемы выпрямителей трехфазного тока:

-  трехфазная с нулевым выводом трансформатора;

-  трехфазная мостовая;

-  двойная трехфазная.

Помимо перечисленных существуют каскадные схемы  выпрямителей, схемы умножения напряжения.

Для оценки работы трансформаторов и выпрямителей используют параметры:

Ø  выпрямленное напряжение Ud и ток Id в нагрузке;

Ø  эффективные значения токов I1 и I2 и напряжения U1 и U2 первичной и вторичной обмоток трансформатора, а также типовую мощность трансформатора Sт;

Ø  максимальное обратное напряжение на вентиле UВ MAX;

Ø  средний Ia и максимальный Ia max токи вентиля;

Ø  коэффициент пульсаций q=Ud1m/Ud ср,

где Ud1m – напряжение основной гармоники; Ud ср – среднее значение выпрямленного напряжения.

Маломощные однофазные источники питания

В структурную схему маломощного источника питания (рис.2.1) входят силовой трансформатор Тр, выпрямитель В, сглаживающий фильтр СФ, стабилизатор напряжения Ст, нагрузка Н.

Рис.2.1.Структурная схема маломощного источника питания.

В этой схеме силовой трансформатор предназначен для изменения до необходимой величины переменного сетевого напряжения и выполняет вспомогательную роль. После выпрямления переменного напряжения выпрямителем сглаживающий фильтр уменьшает его пульсации до необходимой величины. Стабилизатор предназначен для поддержания напряжения на нагрузке при изменении напряжения в сети.

Однофазные выпрямители

Для выпрямления однофазного переменного тока применяют достаточно простые, на одном или нескольких вентилях, устройства: однополупериодный или двухполупериодный (мостовой или с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора) выпрямители.

Однополупериодный выпрямитель

В схему однополупериодного выпрямителя (рис.2.2) входит вентиль VD и  нагрузка Rн. Питающее переменное напряжение выпрямитель получает  через трансформатор Тр.

Рис.2.2.Схема однополупериодного выпрямителя.

Для анализа работы всех выпрямителей допустим, что трансформатор и вентили идеальны, т.е. сопротивления трансформатора и вентиля в прямом направлении равны нулю, обратное сопротивление вентиля бесконечно велико.

Работу выпрямителя рассмотрим с помощью временных диаграмм (рис.2.3).

Рис.2.2.Временные диаграммы работы однополупериодного выпрямителя.

При синусоидальном характере изменения напряжения на трансформаторе ток id в цепи нагрузки будет появляться только тогда, потенциал точки а вторичной обмотки трансформатора а будет положителен по отношению к потенциалу точки bb (а >b). При этом вентиль VD открыт, через него будет протекать ток ia, падение напряжения на вентиле Uв=0 и ia= i2 = id =U2/Rн.

Когда изменится направление тока во вторичной обмотке трансформатора (а <b), вентиль закрывается, ток через него протекать не будет и ia= i2 = id =0, Uв= Uв max.

Ток в нагрузке Rн имеет пульсирующий характер, т.е. появляется только в один из полупериодов напряжения U2. Напряжение Ud появляется на нагрузке Rн  только в положительный полупериод напряжения U2 и Ud= id Rн= U2.

Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке (постоянную составляющую) можно определить как Ud ср= U2/=0.45 U2, или U2=2.22 Ud ср.

Максимальное значение обратного напряжения равно максимальному значению напряжения вторичной обмотки трансформатора: Uв мax=U2, или Uв max = Ud ср.

Среднее значение тока в нагрузке однополупериодного выпрямителя: Id =Ud ср/ Rн.

.

Для расчета трансформатора необходимо знать эффективные токи I1 и I2 первичной и вторичной обмоток: I2=Id/2=1.57 Id,

где n – коэффициент трансформации трансформатора определяемый как n=U1/ U2= W1/W2;

W1,W2  - количество витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Мощность первичной обмотки трансформатора:

Мощность вторичной обмотки:

S2 = U2I2 = 3.5Pd,

где Pd – мощность в нагрузке,

Pd = IdUd ср.

Мощность первичной обмотки может возрастать из-за намагничивания сердечника постоянной составляющей тока вторичной обмотки:

S1=(3.23.5)Pd.

Габаритные размеры трансформатора зависят от его мощности:

Sт=S1+S2/2(3.353.5) Pd,

т.е. типовая мощность трансформатора, определяющая его габариты в 3.353.5 раза превышает мощность нагрузки, что свидетельствует о плохом использовании трансформатора в однополупериодном выпрямителе.

Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения:

Ud1 m=1.57Ud ср,

а коэффициент пульсаций

q= Ud1 m/Ud ср и q=1.57

для однополупериодного выпрямителя.

Частота изменения тока основной гармоники fd1 равна частоте сети fc, так как кривая напряжения на нагрузке достигает максимального значения один раз за период.

Таким образом к недостаткам однополупериодного выпрямителя можно отнести:

·  высокий уровень пульсаций;

·  подмагничивание сердечника трансформатора;

·  низкую частоту основной гармоники выпрямленного напряжения;

·  низкую эффективность использования трансформатора и его большие габариты;

большое напряжение Uв мах.

Двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора

Особенностью схемы выпрямителя с нулевым выводом (рис.2.4) является схема соединения вторичных обмоток трансформатора: силовой трансформатор Тр имеет две вторичные обмотки – w2-1  и  w2-2, связанные с первичной обмоткой коэффициентом трансформации n=w1/w2-1=w1/w2-2. Вторичные обмотки трансформатора подключены к анодам диодов VD1 и VD2, катоды диодов через нагрузку Rн подключены к нулевой точке вторичной обмотки в связи с этим напряжения на обмотках одинаковы и сдвинуты по фазе на 1800.

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Электроника
Тип:
Конспекты лекций
Размер файла:
5 Mb
Скачали:
0