Министерство образования Республики Беларусь
Гомельский
государственный технический университет
им. П.О. Сухого
Кафедра: «Промышленная электроника»
И.В. Муринов
к лабораторным занятиям по курсу
«Преобразовательная техника»
для студентов специальности Т.07.02.01.
«Промышленная электроника»
Гомель 2000
УДК - 621.314.2
Разработал: И.В. Муринов
Практическое пособие к лабораторным занятиям по курсу «Преобразовательная техника» для студентов специальности Т.07.02.01. «Промышленная электроника». – Гомель: ГГТУ, 2000. – XXс.
Рецензент:
Ó Гомельский Государственный технический университет
им. П.О. Сухого
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Цель работы: ознакомиться с назначением, изучить принцип действия, особенности работы схем однофазных выпрямителей малой мощности на основе неуправляемых вентилей, изучить особенности расчёта схем однофазных выпрямителей.
Выпрямитель - статический преобразователь электрической энергии для преобразования переменного тока в пульсирующий ток.
Схемы однофазных выпрямителей на основе неуправляемых вентилей различают по числу выпрямляемых полупериодов входного напряжения (рис.1).
Для увеличения среднего значения напряжения нагрузки и уменьшения пульсаций в составе выпрямителя используют сглаживающий фильтр. Сглаживающий фильтр, построенный путём включения конденсатора параллельно нагрузке, называют простым емкостным фильтром и используют при небольших токах потребления нагрузки.
Рис.1Схемы однофазных выпрямителей
с простым емкостным фильтром:
а - однофазный однополупериодный; б - однофазный двухполупериодный со средней точкой; в - однофазный мостовой выпрямитель.
Сглаживающий конденсатор в схеме выпрямителя накапливает заряд за счет тока, поступающего во вторичную цепь во время открытого состояния вентилей (когда мгновенное значение входного напряжения выпрямителя превышает сумму напряжения нагрузки и напряжения отпирания диодов). Заряд, накопленный конденсатором, поддерживает ток нагрузки во время закрытого состояния диодов. При разрядке конденсатора происходит уменьшение напряжения нагрузки, а при зарядке – увеличение. Характерное для процесса сглаживания периодическое увеличение и уменьшение напряжения нагрузки называют пульсацией, а разницу между максимальным и минимальным мгновенными значениями напряжения нагрузки (размах пульсирующей составляющей) обозначают DUн.
Чем меньше величина пульсирующей составляющей в напряжении нагрузки, тем выше качество сглаживания. При расчете схем оценкой качества служит коэффициент пульсаций: Кп. Значение Кп определяется отношением амплитуды пульсаций Uм.п.= DUн/2 (максимальное отклонение мгновенного значения напряжения нагрузки от среднего значения) к среднему значению напряжения нагрузки, обозначаемому как Uср. или Uн. Коэффициент пульсаций Кп позволяет судить об относительной величине пульсации в выпрямленном напряжении. При расчете сглаживающего фильтра однофазного выпрямителя для маломощного источника питания Кп обычно выбирают в пределах 0,01-0,1 (т.е. 1-10%). Выбор необходимых диодов и трансформатора зависит от особенностей работы используемой схемы выпрямителя.
Особенности работы выпрямителя на активно-емкостную нагрузку рассмотрим на примере схемы рис.1а. Когда анод диода окажется под большим потенциалом, чем потенциал катода, через диод пойдет ток, определяемый суммой тока заряда конденсатора и тока нагрузки. Конденсатор начнёт заряжаться с постоянной времени tзар = rC (r – сопротивление, учитывающее сумму сопротивления источника напряжения U2 (например, трансформатора) и открытого p-n-перехода). В момент, когда мгновенное значение напряжения U2 станет равным сумме напряжения на конденсаторе и напряжения отпирания диода, прямой ток через диод прекратится, и конденсатор начнёт разряжаться через сопротивление Rн с постоянной времени tразр = RнС. При этом через обратно смещённый p-n-переход будет протекать незначительный обратный ток диода.
Так как обычно 
, то 
и изменение напряжения на конденсаторе при его
разряде током нагрузки будет происходить намного медленнее, чем при заряде
конденсатора от источника. Это приведёт к росту среднего значения напряжения на
конденсаторе, а значит – и напряжения нагрузки. Увеличение напряжения прекращается,
когда заряд, накопленный конденсатором за время tзар, будет равен заряду, отдаваемому им в течение tразр
в нагрузку (установившийся режим). При этом в выходном напряжении выпрямителя
на фоне постоянной будет также существовать и переменная составляющая, –
пульсация с амплитудой Uм.п., – величина которой определяет качество
выпрямленного напряжения и оценивается по Кп.
Частота пульсирующей составляющей в однополупериодном выпрямителе равна частоте сети, а в мостовом выпрямителе и выпрямителе со средней точкой – вдвое выше. Как будет показано далее, от частоты пульсации зависит необходимое значение ёмкости сглаживающего конденсатора (чем выше частота, тем меньше требуется ёмкость для заданного Кп).
При увеличении С и Rн среднее значение напряжения нагрузки стремится к амплитуде входного напряжения, а пульсация – к нулю. Поэтому включение конденсатора с большим номиналом параллельно нагрузке увеличивает выпрямленное напряжение и уменьшает пульсирующую составляющую (Uм.п.), т. е. коэффициент пульсаций Кп.
Поскольку ток разряда конденсатора определяется нагрузкой и его нельзя уменьшить, то увеличить Uср и повысить качество сглаживания в маломощных выпрямителях можно лишь за счет увеличения ёмкости сглаживающего конденсатора (обычно расчётное значение ёмкости находится в пределах сотен и тысяч микрофарад). В связи с этим необходимо отметить, что сразу после подачи напряжения питания на выпрямитель, работающий на активно-емкостную нагрузку, через диоды пойдет значительный ток включения (ток заряда конденсатора), ограничиваемый только сопротивлением r. Этот ток может привести к выходу вентилей из строя, если превысит прямой импульсный ток. Разрушение p-n-переходов может произойти и в том случае, если большой зарядный ток конденсатора будет протекать через вентили продолжительное время. Это одна из причин того, что в маломощных выпрямителях емкостные фильтры используют только если расчётная ёмкость конденсатора не превышает нескольких тысяч микрофарад. При работе выпрямителя на активно-емкостную нагрузку в установившемся режиме ток диодов представляет собой короткие импульсы с амплитудой Iимп, что необходимо учитывать при выборе вентилей. Длительность этих импульсов соответствует времени заряда конденсатора.
Расчёт схем однофазных выпрямителей с простым емкостным фильтром проводят для выбора диодов и ёмкости сглаживающего конденсатора. Исходными данными при этом служат коэффициент пульсаций Кп и среднее значение напряжения и тока нагрузки:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
