Элементы преобразовательной техники. Перспективы развития полупроводниковых приборов силовой электроники. Выпрямители, страница 4

где  - номинальная активная мощность выхода выпрямителя (индекс «н» означает, что расчет производится для номинального режима).

Полная расчетная мощность:

где ,  .

Активная номинальная мощность выхода находится путем интегрирования:

где u_d, i_d – мгновенные значения;

 Т – период повторяемости пульсации выпрямленного напряжения.

Для идеально сглаженного направления =; во всех других случаях >.

Коэффициент использования вентиля по напряжению:

Коэффициент использования вентиля  по току:

где I - действующее значение тока вентиля.

Коэффициент использования вентиля по среднему току:

Однофазная однополупериодная однонаправленная схема   (1Ф 1Н 1П )

 

Рис. 1,2 – Принципиальная схема выпрямителя 1Ф 1Н 1П

 

Рис. 1,3 – Временные диаграммы токов и напряжений схемы 1Ф 1Н 1П

Определение этих коэффициентов для однофазной однополупериодной однонаправленной схемы ( 1Ф 1Н 1П ).

5 Однофазная однонаправленная двухполупериодная схема

1Ф1Н2П (нулевая).

Однофазная двухполупериодная схема со средней точкойпоказана на рисунке1.3

 

Рис.1.3 – Однофазная двухполупериодная схема со средней точкой

 

Рис.1.3 – Временные диаграммы схемы со средней точкой

Принцип работы.

Особенностью данной схемы является распределённая обмотка трансформатора W2. Она состоит из двух полуобмоток с равным количеством витков, причём включены они последовательно, т.е. начало одной обмотки соединено с концом другой. Начало обмотки на схеме обозначено точкой.

В результате имеем два напряжения U2’ и U2’’, которые равны между собой, но сдвинуты во времени на 1/2T.

Рассмотрим момент времени t1: на первой полуобмотке W2’ относительно среднего вывода появляется положительное напряжение, диод VD1 открывается и напряжение U2’ прикладывается к нагрузке. В результате протекает ток i2’ по цепи: начало W2’, VD1, Rd, конец W2’.

На второй полуобмотке W2’’ относительно среднего вывода в это же время появляется отрицательное напряжение U2'’, которое в сумме с напряжением U2’ через открытый VD1 прикладывается к VD2 – диод закрыт.

Среднее значение напряжения на нагрузке:

.

Среднее значение тока данной схемы в 2 раза больше:

.

Среднее значение тока вентиля:

.

Действующее значение тока вентиля:

.

Действующие значения токов первичной и вторичной обмоток I₁ I₂:

,

что в два раза меньше чем в однополупериодной схеме,

Коэффициент пульсации:

.

Так как в данной схеме 2 пульсации за период, частота пульсации вдвое больше частоты сети f_п=2f_c. При полной симметрии плеч выпрямителя ток первой гармоники – отсутствует. Переменную составляющую определяют колебанием второй гармоники амплитудного значения, которое меньше чем первой, следовательно, уменьшается и коэффициент пульсации q=0,67.

Определим коэффициент превышения мощности:

,

где

;

Мощность первичной обмотки равна:

.

Так как в данной схеме вторичных обмоток две, то мощность равна:

.

Полная мощность равна:

.

Определим активную мощность, выделяемую в нагрузке. Для идеально сглаженного напряжения :

.

Но при наличии переменной составляющей в выходном напряжении нужен интеграл:

Однофазная двунаправленная двуполупериодная схема 1Ф2Н2П (мостовая).

 

Работа мостовой схемы.

Рассмотрим момент времени t₀-t₂: потенциал начала обмотки, положительный, прикладывается к диодам VD1 и VD3. Для VD1 это прямое включение, для VD3 обратное.

Аналогично отрицательный потенциал прикладывается к диодам VD2 и VD4: VD2 – обратный; VD4 – прямой.

Открываются диоды VD1 и VD4 – под действием напряжения U2 протекает ток id по цепи: начало W2 à VD1 à R_d à VD4 конец обмотки.

Момент времени t₁ t₂: полярность напряжения U2 меняется на противоположную. Открываются диоды VD2 и VD3 и закрываются VD1 и VD4.

Ток протекает по цепи: конец обмотки à VD2 à R_d à VD3 à начало обмотки. Таким образом, мы имеем две пульсации за период, как и в схеме 1Ф 1Н 2П, в связи с этим соотношения для выпрямленного тока Id и напряжения Ud остаются такими же:

Пульсация тоже:

Сравним рассмотренные ранее схемы:

1Ф 1Н 1П

преимущества:  -             самая простая.

недостатки        -              подмагничивание трансформатора;

        -              низкий ;       

        -              большая пульсация выпрямленного напряжения;

        -              большей коэффициент превышения мощности.

Схема применяется в маломощных выпрямителях с емкостным фильтром, редко в сильноточных - с целью уменьшения потерь в диодах и повышения КПД.

1Ф 1Н 2П

преимущества:  -  -         большой коэффициент выпрямления ;

         -             меньше пульсация q;

         -             отсутствует подмагничивание трансформатора;

         -             меньшее количество диодов в два раза по сравнению с мостовой;

недостатки  :   -                больший чем в мостовой коэффициент превышения мощности;

         -             удвоенное обратное напряжение на диодах;

         -             более сложная конструкция трансформатора (2 обмотки).

Схема применяется в сильноточных, низковольтных схемах выпрямителей

1Ф 2Н 2П                                        (Ud<10В)

“+”:  -    лучше использует трансформатор;

 -  одна вторичная обмотка;

        -  меньшее в 2 раза обратное напряжение по VD, чем в 1Ф 1Н 2П;

“-“:  -  в два раза большее количество диодов.

Схема применяется в выпрямителях средней мощности, со значением выпрямленного напряжения Ud>10В.

Схемы выпрямления с умножением напряжения.

)

Емкостную нагрузку – необходимо рассматривать, как емкостный накопитель энергии. Накопленная энергия емкостных накопителей может потребляться постоянно – в случае работы на активную и активно-индуктивную нагрузки или импульсно - при работе на газонаполненные лампы и т.п.

При переходе к емкостным ограничителям КПД схем увеличивается, а также увеличивается выходное напряжение схем удвоения напряжения.

 

Принцип работы схем.

Момент времени t₀-t₃: