Меню

Выпрямление переменного тока в секциях обмотки

Ликбез КО. Лекция №1 Схемы выпрямления электрического тока.

Схемы выпрямления электрического тока.
Выпрямитель электрического тока – электронная схема, предназначенная для преобразования переменного электрического тока в постоянный (однополярный) электрический ток.

В полупроводниковой аппаратуре выпрямители исполняются на полупроводниковых диодах. В более старой и высоковольтной аппаратуре выпрямители исполняются на электровакуумных приборах – кенотронах. Раньше широко использовались – селеновые выпрямители.

Для начала вспомним, что собой представляет переменный электрический ток. Это гармонический сигнал, меняющий свою амплитуду и полярность по синусоидальному закону.

В переменном электрическ.

Схемы выпрямления электрического тока.
Выпрямитель электрического тока – электронная схема, предназначенная для преобразования переменного электрического тока в постоянный (однополярный) электрический ток.

В полупроводниковой аппаратуре выпрямители исполняются на полупроводниковых диодах. В более старой и высоковольтной аппаратуре выпрямители исполняются на электровакуумных приборах – кенотронах. Раньше широко использовались – селеновые выпрямители.

Для начала вспомним, что собой представляет переменный электрический ток. Это гармонический сигнал, меняющий свою амплитуду и полярность по синусоидальному закону.

В переменном электрическом токе можно условно выделить положительные и отрицательные полупериоды. Всё то, что больше нулевого значения относится к положительным полупериодам (положительная полуволна – красным цветом), а всё, что меньше (ниже) нулевого значения – к отрицательным полупериодам (отрицательная полуволна – синим цветом).

Выпрямитель, в зависимости от его конструкции «отсекает», или «переворачивает» одну из полуволн переменного тока, делая направление тока односторонним.

Схемы построения выпрямителей сетевого напряжения можно поделить на однофазные и трёхфазные, однополупериодные и двухполупериодные.

Для удобства мы будем считать, что выпрямляемый переменный электрический ток поступает с вторичной обмотки трансформатора. Это соответствует истине и потому, что даже электрический ток в домашние розетки квартир домов приходит с трансформатора понижающей подстанции. Кроме того, поскольку сила тока – величина, напрямую зависящая от нагрузки, то при рассмотрении схем выпрямления мы будем оперировать не понятием силы тока, а понятием – напряжение, амплитуда которого напрямую не зависит от нагрузки.

На рисунке изображена схема и временная диаграмма выпрямления переменного тока однофазным однополупериодным выпрямителем.

Из рисунка видно, что диод отсекает отрицательную полуволну. Если мы перевернём диод, поменяв его выводы – анод и катод местами, то на выходе окажется, что отсечена не отрицательная, а положительная полуволна.

Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению:
Uср = Umax / π = 0,318 Umax

где: π — константа равная 3,14.
Однополупериодные выпрямители используются в качестве выпрямителей сетевого напряжения в схемах, потребляющих слабый ток, а также в качестве выпрямителей импульсных источников питания. Они абсолютно не годятся в качестве выпрямителей сетевого напряжения синусоидальной формы для устройств, потребляющих большой ток.

Наиболее распространёнными являются однофазные двухполупериодные выпрямители. Существуют две схемы таких выпрямителей – мостовая схема и балансная.

Рассмотрим мостовую схему однофазного двухполупериодного выпрямителя и его работу.

Если ток вторичной обмотки трансформатора течёт по направлению от точки «А» к точке «В», то далее от точки «В» ток течёт через диод VD3 (диод VD1 его не пропускает), нагрузку Rн, диод VD2 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «А». Когда направление тока вторичной обмотки трансформатора меняется на противоположное, то вышедший из точки «А», ток течёт через диод VD4, нагрузку Rн, диод VD1 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «В».

Таким образом, практически отсутствует промежуток времени, когда напряжение на выходе выпрямителя равно нулю.

Рассмотрим балансную схему однофазного двухполупериодного выпрямителя.

По своей сути это два однополупериодных выпрямителя, подключенных параллельно в противофазе, при этом начало второй обмотки соединено с концом первой вторичной обмотки. Если в мостовой схеме во время действия обоих полупериодов сетевого напряжения используется одна вторичная обмотка трансформатора, то в балансной схеме две вторичных обмотки (2 и 3) используются поочерёдно.

Среднее значение напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя соответствует значению:
Uср = 2*Umax / π = 0,636 Umax

где: π — константа равная 3,14.
Представляет интерес сочетание мостовой и балансной схемы выпрямления, в результате которого, получается двухполярный мостовой выпрямитель, у которого один провод является общим для двух выходных напряжений (для первого выходного напряжения, он отрицательный, а для второго — положительный):

Трёхфазные выпрямители

Трёхфазные выпрямители обладают лучшей характеристикой выпрямления переменного тока – меньшим коэффициентом пульсаций выходного напряжения по сравнению с однофазными выпрямителями. Связано это с тем, что в трёхфазном электрическом токе синусоиды разных фаз «перекрывают» друг друга. После выпрямления такого напряжения, сложения амплитуд различных фаз не происходит, а выделяется максимальная амплитуда из значений всех трёх фаз входного напряжения.

На следующем рисунке представлена схема трёхфазного однополупериодного выпрямителя и его выходное напряжение (красным цветом), образованное на «вершинах» трёхфазного напряжения.

За счёт «перекрытия» фаз напряжения, выходное напряжение трёхфазного однополупериодного выпрямителя имеет меньшую глубину пульсации. Вторичные обмотки трансформатора могут быть использованы только по схеме подключения «звезда», с «нулевым» выводом от трансформатора.

На следующем рисунке представлена схема трёхфазного двухполупериодного мостового выпрямителя (схема Ларионова) и его выходное напряжение (красным цветом).

За счёт использования положительной и перевернутой отрицательной полуволны трёхфазного напряжения, выходное напряжение (выделено красным цветом), образованное на вершинах синусоид, имеет самую маленькую глубину пульсаций выходного напряжения по сравнению со всеми остальными схемами выпрямления. Вторичные обмотки трансформатора могут быть использованы как по схеме подключения «звезда», без «нулевого» вывода от трансформатора, так и «треугольник».
При конструировании блоков питания для выбора выпрямительных диодов используют следующие параметры, которые всегда указаны в справочниках:

— максимальное обратное напряжение диода – Uобр ;

— максимальный ток диода – Imax ;

— прямое падение напряжения на диоде – Uпр .

Необходимо выбирать все эти перечисленные параметры с запасом, для исключения выхода диодов из строя.

Максимальное обратное напряжение диода Uобр должно быть в два раза больше реального выходного напряжения трансформатора. В противном случае возможен обратный пробой p-n, который может привести к выходу из строя не только диодов выпрямителя, но и других элементов схем питания и нагрузки.

Значение максимального тока Imax выбираемых диодов должно превышать реальный ток выпрямителя в 1,5 – 2 раза. Невыполнение этого условия, также приводит к выходу из строя сначала диодов, а потом других элементов схем.

Прямое падение напряжения на диоде – Uпр, это то напряжение, которое падает на кристалле p-n перехода диода. Если по пути прохождения тока стоят два диода, значит это падение происходит на двух p-n переходах. Другими словами, напряжение, подаваемое на вход выпрямителя, на выходе уменьшается на значение падения напряжения.

Схемы выпрямителей предназначены для преобразования переменного — изменяющего полярность напряжения в однополярное — не изменяющее полярность. Но этого недостаточно для превращения переменного напряжения в постоянное. Для того, чтобы оно преобразовалось в постоянное необходимо применение сглаживающих фильтров питания, устраняющих резкие перепады выходного напряжения от нуля до максимального значения.

Источник

Выпрямители переменного тока

В электрических сетях используется преимущественно переменный ток. Однако существует немало электрических устройств – магнитофонов, приемников и других приборов, основой которых служат полупроводники или лампы. Для их работы требуется только постоянный ток. Преимущественная выработка переменного тока связана с удобством его трансформации в разные значения напряжений. Другим положительным моментом считается передача переменного тока по ЛЭП с минимальными потерями. Поэтому все преобразования выполняют выпрямители переменного тока, позволяющие получить необходимое напряжение.

  1. Принцип работы выпрямителя тока
  2. Однополупериодные выпрямители
  3. Работа двухполупериодных выпрямителей
  4. Как происходит выпрямление переменного тока
Читайте также:  В катушке сила тока равномерно увеличивается со скоростью 2 а с при этом в ней

Принцип работы выпрямителя тока

Основной функцией выпрямителя тока является преобразование переменного напряжения в постоянное. Принцип работы этих устройств основан на свойствах переменного тока, величина и направление которого изменяются во времени.

Выпрямители переменного тока

Согласно стандартного значения изменение направления тока в сети составляет 50 раз в течение одной секунды. Такое колебание является частотой и составляет 50 герц или периодов. То есть значение электротока в определенный период достигает нулевой отметки, а затем постепенно набирает максимальное значение. Этот процесс постоянно повторяется и протекает в периодической форме. Значение тока постоянно изменяется в соответствии с синусоидальным законом.

Основная задача выпрямителя заключается в получении устойчивого постоянного напряжения, не изменяющего своей величины и направления. Сам процесс выпрямления заключается в работе вентиля, пропускающего ток лишь в одном направлении. В результате односторонней проводимости вентиля, прохождение тока через него осуществляется исключительно в положительные полупериоды. Во время отрицательных периодов ток в цепи отсутствует.

При наличии положительной полуволны, сопротивление в вентиле минимальное, что обеспечивает свободное прохождение тока. Отрицательная полуволна подвергается значительному сопротивлению, задерживается и не проходит через вентиль. В результате включения вентиля в цепь, переменный ток будет полностью отсутствовать. Изменения оставшегося в цепи тока будут касаться только его величины, а направление останется неизменным. Это так называемый первичный или пульсирующий ток. С его помощью можно зарядить аккумулятор, но, он не годится для питания, например, радиоэлектронной аппаратуры. Необходимо выполнить процедуру сглаживания, чтобы пульсирующий ток превратился в постоянный. С этой целью используется специальный фильтр.

В качестве такого фильтра используется конденсатор с большой емкостью. Выпрямляемый ток сглаживается или фильтруется за счет зарядки конденсатора током, идущим от вентиля. В результате, создается определенный запас электроэнергии. При уменьшении тока, проходящего через вентиль и падении напряжения на нагрузке в конце каждого положительного полупериода, происходит отдача конденсатором накопленной энергии.

Однополупериодные выпрямители

Далеко не все фильтры способны полностью избавить ток от резких пульсаций. Для этих целей требуются более совершенные фильтры, обеспечивающие на нагрузке лишь незначительные пульсации постоянного тока. Такие пульсации не оказывают решающего влияния на основные функции электронного устройства, получающего питание через выпрямитель.

К наиболее простым приборам относится однополупериодный выпрямитель. Основным принципом его работы является использование для выпрямления только положительных полупериодов. Выпрямленный ток и сетевое напряжение имеют одинаковую частоту пульсаций. Поэтому для их сглаживания в однополупериодном выпрямителе должен применяться хороший фильтр. С помощью данных устройств осуществляется питание аппаратуры с потреблением незначительного тока. В случае возрастания токовых значений, необходимо использовать более сложные фильтры.

Работа двухполупериодных выпрямителей

Более широкое распространение получили двухполупериодные выпрямители переменного тока, с использованием сразу двух вентилей. Течение тока в нагрузке происходит всегда в одном направлении.

Схема выпрямления действует следующим образом. В определенное время на одном из выводов вторичной обмотки трансформатора напряжение будет положительным по отношению к другому выводу. Ток проходит через первый вентиль с небольшим сопротивлением, после этого он идет по нагрузке к средней точке вторичной обмотки. Такое положение будет сохраняться весь положительный полупериод. Когда ток не первом выводе трансформатор изменится, напряжение станет отрицательным. Прохождения тока через первый вентиль не будет в связи с его большим сопротивлением. Второй конец обмотки будет с положительным напряжением, и ток начнет проходить по второму вентилю, нагрузке с выходом к средней точке вторичной обмотки трансформатора.

Данная схема выпрямления тока позволяет использовать два полупериода напряжения. Высокая частота пульсаций значительно облегчает фильтрацию выпрямленного напряжения.

Как происходит выпрямление переменного тока

Схема однополупериодного выпрямителя

Схема двухполупериодного выпрямителя

Схемы выпрямления переменного тока

Схема диодного моста выпрямителя

Конденсатор в цепи переменного и постоянного тока

Источник

Шестифазная звезда и двойной зигзаг

Дата публикации: 17 июля 2013 .
Категория: Статьи.

Несмотря на широчайшее распространение трехфазного тока, в ряде важных областей техники нельзя обойтись без постоянного тока. Это относится, например, к электролизным установкам металлургических заводов и электрической тяге.

Сравнительно недавно постоянный ток получали от двигателей-генераторов. Современным способом получения постоянного тока является непосредственное выпрямление переменного тока с помощью полупроводниковых (селеновых, германиевых, кремниевых) выпрямителей.

Переход от двигателей-генераторов к непосредственному выпрямлению кроме конструктивных различий (вращающиеся машины заменены неподвижными аппаратами) имеет важную особенность. Она состоит в том, что у двигателя-генератора цепи переменного и постоянного тока электрически изолированы; при непосредственном выпрямлении они связаны, так как вентили, образующие выпрямитель, и вторичные обмотки трансформатора непосредственно соединены. Совершенно ясно, что выпрямленный ток не может быть синусоидальным; он содержит не только переменную, но и постоянную составляющие (смотрите статью «Понятие о магнитном равновесии трансформатора»), что при некоторых схемах выпрямления очень неблагоприятно влияет на работу трансформатора.

С этим сложным вопросом читатели могут ознакомиться в книге Каганова И. Л. «Промышленная электроника», 1968 год. Здесь же в самых общих чертах отмечаются основные положения, необходимые для пояснения видов соединения трансформаторов, питающих выпрямители.

Системы выпрямления

Выпрямители, преобразующие трехфазный ток в постоянный, являются выпрямителями трехфазного тока независимо от числа фаз вторичной обмотки. Первичная обмотка трансформатора, питающая выпрямитель трехфазного тока, соединяется в звезду, треугольник или зигзаг и получает питание от сети трехфазного тока. Вторичная обмотка может быть трехфазной, шестифазной, двенадцатифазной, что определяет систему выпрямления; трехфазную, шестифазную, двенадцатифазную и так далее.

Системы выпрямления

Рисунок 1. Общие свойства систем и схем выпрямления. Кривые выпрямленного напряжения (а); выпрямление однофазного тока по мостовой схеме (б) и по схеме с нулевым выводом (д); выпрямление трехфазного тока по мостовой схеме (г) и по схеме с нулевым выводом (в).

На рисунке 1, а сверху вниз изображены кривые выпрямленного напряжения при трехфазном (U3), шестифазном (U6) и двенадцатифазном (U12) выпрямлении. Этот рисунок показывает только характер явлений (а не количественные соотношения), иллюстрируя следующее:
а) наименьшие пульсации (волнистость) получаются при двенадцатифазном выпрямлении, что хорошо;
б) продолжительность анодного тока каждой фазы самая высокая при трехфазном выпрямлении (t3 > t6 > t12); с этой позиции лучше трехфазное выпрямление;
в) средние значения выпрямленного напряжения при разных системах выпрямления неодинаковы (U12 > U6 > U3).

Схемы выпрямления

Любая система выпрямления может быть осуществлена по нескольким схемам, среди которых наиболее распространены мостовая (рисунки 1, б и г) и схема с нулевым выводом (рисунки 1, в и д) – ее часто называют нулевой схемой. Сравнивая рисунки 1, б и д, а также рисунки 1, в и г, легко видеть, что количество вентилей в мостовых и нулевых схемах неодинаково, но это не то различие, которое нас в данном случае интересует. Интересующее нас принципиальное различие между мостовыми и нулевыми схемами состоит в том, что у первых по первичным и по вторичным обмоткам трансформатора проходит чисто переменный ток, что хорошо 1 . В схемах с нулевым выводом по вторичным обмоткам трансформатора проходят однонаправленные токи, создающие однонаправленный поток вынужденного намагничивания. Это плохо, так как поток вынужденного намагничивания сильно повышает индукцию в магнитопроводе трансформатора, вплоть до его насыщения, что увеличивает намагничивающий ток, нарушает магнитное равновесие в трансформаторе, вызывает высшие гармоники (смотрите статью «Понятие о магнитном равновесии трансформатора»).

Читайте также:  Коэффициенты разложения косинусоидального импульса тока

Схема соединений трансформатора и поток вынужденного намагничивания

Характер и величина потока вынужденного намагничивания определяются схемой соединения обмоток трансформатора и для трехфазных схем состоят в следующем:
а) при соединении первичной обмотки в треугольник, а вторичной в звезду в сердечнике трансформатора возникает неизменный по времени однонаправленный поток вынужденного намагничивания;
б) при соединении первичной и вторичной обмоток в звезду поток вынужденного намагничивания однонаправлен, но пульсирует, если создающий его ток меняется во времени;
в) если вторичная или первичная обмотка соединена в зигзаг, то поток вынужденного намагничивания отсутствует (смотрите пояснения к рисункам 1 и 2, в статье «Схема соединения «Зигзаг»).

При соединении первичной обмотки в звезду, а вторичной в шестифазную звезду поток вынужденного намагничивания каждую шестую часть периода меняет направление. Он проходит по всем стержням вверх (а по воздуху вниз, так как однонаправленные потоки не могут замкнуться в ярме), а через 1/6 периода меняет направление, проходя по всем стержням вниз, а по воздуху вверх. Поток вынужденного намагничивания имеет тройную частоту по сравнению с частотой питающей сети и называется однофазным потоком вынужденного намагничивания.

Шестифазное выпрямление при соединении вторичных обмоток трансформатора в двойной зигзаг

основано на том, что при соединении в зигзаг поток вынужденного намагничивания не возникает 2 . На каждом стержне трансформатора расположены: первичная обмотка A (B, C) и три секции вторичных обмоток x, a, d (y, b, e; z, c, f), которые принадлежат разным фазам. Обмотки x, y, z образуют внутреннюю звезду, нейтраль которой является отрицательным полюсом выпрямителя. К свободным концам внутренней звезды присоединены обмотки a, b, c, d, e, f, внешние концы которых питают вентили 16. Общая точка, в которую соединены вентили, служит положительным полюсом выпрямителя.

Шестифазное выпрямление в схеме звезда - двойной зигзаг

Рисунок 2. Шестифазное выпрямление в схеме звезда – двойной зигзаг.

Соединениям на рисунке 2, а соответствует векторная диаграмма (рисунок 2, б) электродвижущих сил (э. д. с.) вторичных обмоток, из которой ясны: последовательность работы вентилей 1, 2, …, 6, значение э. д. с. вторичной обмотки E2 (геометрическая разность э. д. с. секций разных фаз), продолжительность работы каждого вентиля 60°.

Шестифазное выпрямление в схеме с уравнительным реактором

широко распространено благодаря следующим положительным свойствам:
1. Пульсации выпрямленного напряжения соответствуют шестифазному выпрямлению. Это значительно лучше, чем при трехфазном выпрямлении, так как волнистость меньше, рисунок 1, а.
2. Длительность работы каждого вентиля составляет 1/3 периода 3 . Это значительно лучше, чем при шестифазном выпрямлении (где вентиль работает 1/6 периода), так как полнее используются вторичные обмотки трансформатора и вентили.
3. Ток, проходящий через каждую вторичную обмотку трансформатора и через каждый вентиль, вдвое меньше, чем в схеме звезда – двойной зигзаг (рисунок 2), так как в схеме с уравнительным реактором (рисунок 3) параллельно работают два вентиля, а в упомянутой схеме вентили работают по одному.
4. Однофазный ток вынужденного намагничивания отсутствует благодаря тому, что выпрямленный ток проходит через две фазы вторичных обмоток, входящих в разные группы 4 .

Схема соединений трансформатора и вентилей показана на рисунке 3, а. Первичные обмотки, не показанные на рисунке 3, а, соединены в звезду (треугольник). Шесть вторичных обмоток – по две на каждом стержне – образуют две группы. У одной из них в нейтраль 1 соединяются концы, а начала a, b и c выводятся для присоединения вентилей 1, 3 и 5. У другой – в нейтраль 2 соединены начала, а к концам x, y и z присоединяются вентили 2, 4 и 6. Между нулевыми точками 1 и 2 звезд включен уравнительный реактор УР, средняя точка которого является отрицательным полюсом выпрямителя. Секции уравнительного реактора соединены встречно и размещены на двухстержневом магнитопроводе. Положительным полюсом выпрямителя служит общая точка, к которой присоединены вентили 1, 3 и 5 (нечетная группа), 2, 4 и 6 (четная группа).

Шестифазное выпрямление в схеме с уравнительным реактором

Рисунок 3. Шестифазное выпрямление в схеме с уравнительным реактором.

На рисунке 3, б сплошными линиями показаны фазные напряжения u2a, u2b и u2c вторичных обмоток нечетной звезды; штриховые линии изображают фазные напряжения u2x, u2y и u2z четной звезды. Кривая выпрямленного напряжения выделена жирной линией. Она состоит из участков (верхушек) синусоид с шестикратным периодом повторяемости и соответствует режиму работы, который иллюстрирует рисунок 3, г. Из него видно, что в начале рассмотрения процесса параллельно работают вентили 5 и 6. Затем в течение времени t1 параллельно работают вентили 6 и 1. Во время t2 вентиль 1 продолжает работу, но вместо вентиля 6 включается вентиль 2. Далее работают вентили 2 и 3 (время t3), а затем 3 и 4 (t4) и, наконец, 4 и 5 (t5). После этого все повторяется в том же порядке. Словом, в любой момент параллельно работают два вентиля, а для этого необходимо не только присоединить их соответствующим образом, но и выровнять мгновенные значения напряжений в цепях параллельно работающих вентилей. Именно для этого служит, уравнительный реактор. Рассмотрим его работу.

Допустим, параллельно работают вентили 6 и 1. Разница мгновенных значений фазных напряжений u2y и u2a определяется вертикальными линиями (ординатами) uK (рисунок 3, б) и наводится в двух последовательно соединенных секциях уравнительного реактора УР.

Секции уравнительного реактора одинаковы. Поэтому напряжения uк1 = uк2 = ½ uк по величине равны, но по отношению к его среднему выводу они имеют разные знаки. Следовательно, uк2 (в нашем примере) прибавляется к фазному напряжению u2a (вентиль 1), но вычитается из фазного напряжения u2y (вентиль 6). В результате напряжения выравниваются (отсюда и название – уравнительный реактор), что обеспечивает параллельную работу двух вентилей. Характер изменения напряжения на уравнительном реакторе показан на рисунке 3, в. Сравнивая его с рисунком 3, б, легко видеть, что частота в уравнительном реакторе в 3 раза больше частоты питающей сети (сравним продолжительность периодов T/3 и T).

Для работы уравнительного реактора нужно, чтобы его магнитопровод был намагничен, а для этого достаточно, чтобы ток, проходящий через одну из его секций, достиг примерно 1% тока нагрузки одной из вторичных цепей 5 . Если нагрузка меньше 1%, то уравнительный реактор не работает. В этом случае вместо двойного трехфазного режима 6 выпрямитель работает, как обычный шестифазный, а напряжение вместо U2макс повышается на 13 – 15%, достигая значения U2макс. Такое повышение напряжения далеко не всегда допустимо 7 , поэтому либо создают балластную нагрузку примерно 1% (но это невыгодно при значительных мощностях), либо искусственно подмагничивают уравнительный реактор током тройной частоты. С этой целью к уравнительному реактору присоединяют вторичную обмотку утроителя частоты, принцип действия которого рассматривается в статье «Разомкнутый треугольник. Открытый треугольник».

1 На рис. 1, б ясно видно, что в течение одного полупериода ток проходит в направлении зеленых стрелок через вентили 1 и 2. В другой полупериод направление тока через вентили 3 и 4 указано красными стрелками. В трехфазной схеме на рис. 1, г в положительный полупериод фазы А ток проходит через вентили 6, 7 и 9 (красные стрелки). В положительный полупериод фазы В направление тока показывают зеленые стрелки. Обратите внимание на противоположное направление зеленых и красных стрелок у вторичных обмоток трансформатора.
2 Ток проходит одновременно по двум секциям вторичных обмоток, расположенным на разных стержнях, чему отвечает симметричное прохождение тока по двум первичным обмоткам, расположенным на тех же стержнях. Благодаря этому м. д. с. на каждом из стержней уравновешены.
3 Приведенные здесь величины (1/3, 1/6 периода и так далее) соответствуют идеализированной картине.
4 Одна группа обмоток соединена в звезду началами, а другая концами. Значит, токи во вторичных обмотках одной фазы имеют противоположные направления.
5 Ток нагрузки всегда проходит через уравнительный реактор, что отчетливо видно из рис. 3, а.
6 Режим называется двойным трехфазным, так как работают две трехфазные группы обмоток, причем каждая вторичная обмотка работает 1/3 периода, то есть столько же, сколько при трехфазном выпрямлении.
7 Ночью сети трамвая и троллейбуса почти не нагружены, но включено освещение вагонов, а для ламп накаливания повышение напряжения резко сокращает срок их службы.

Читайте также:  Терапия током в психиатрии 10 букв

Источник: Каминский Е. А., «Звезда, треугольник, зигзаг» – 4-е издание, переработанное – Москва: Энергия, 1977 – 104с.

Источник



Наиболее распространенные схемы выпрямления переменного тока в постоянный

Наиболее распространенные схемы выпрямления переменного тока в постоянныйВыпрямителем называется электронное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока в постоянный. В основе выпрямителей лежат полупроводниковые приборы с односторонней проводимостью – диоды и тиристоры.

При небольшой мощности нагрузки (до нескольких сотен ватт) преобразование переменного тока в постоянный осуществляют с помощью однофазных выпрямителей. Такие выпрямители предназначены для питания постоянным током различных электронных устройств, обмоток возбуждения двигателей постоянного тока небольшой и средней мощности и т.д.

Для упрощения понимания работы схем выпрямления будем исходить из расчета, что выпрямитель работает на активную нагрузку.

Однофазная однополупериодная (однотактная) схема выпрямления

На рисунке 1 представлена простейшая схема выпрямления. Схема содержит один выпрямительный диод, включенный между вторичной обмоткой трансформатора и нагрузкой.

Однофазная однополупериодная (однотактная) схема выпрямления

Рисунок 1 — Однофазный однополупериодный выпрямитель: а) схема — диод открыт, б) схема — диод закрыт, в) временные диаграммы работы

Напряжение u2 изменяется по синусоидальному закону, т.е. содержит положительные и отрицательные полуволны (полупериоды). Ток в цепи нагрузки проходит только в положительные полупериоды, когда к аноду диода VD прикладывается положительный потенциал (рис. 1, а). При обратной полярности напряжения u2 диод закрыт, ток в нагрузке не протекает, но к диоду прикладывается обратное напряжение Uобр (рис. 1, б).

Т.о. на нагрузке выделяется только одна полуволна напряжения вторичной обмотки. Ток в нагрузке протекает только в одном направлении и представляет собой выпрямленный ток, хотя носит пульсирующий характер (рис. 1, в). Такую форму напряжения (тока) называют постоянно-импульсная.

Выпрямленные напряжения и ток содержат постоянную (полезную) составляющую и переменную составляющую (пульсации). Качественная сторона работы выпрямителя оценивается соотношениями между полезной составляющей и пульсациями напряжения и тока. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет 1,57. Среднее за период значение выпрямленного напряжения Uн = 0,45U2. Максимальное значение обратного напряжения на диоде Uобр.max = 3,14Uн.

Достоинством данной схемы является простота, недостатки: плохое использование трансформатора, большое обратное напряжение на диоде, большой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.

Однофазная мостовая схема выпрямления

Состоит из четырех диодов, включенных по мостовой схеме. В одну диагональ моста включается вторичная обмотка трансформатора, в другую – нагрузка (рис. 2). Общая точка катодов диодов VD2, VD4 является положительным полюсом выпрямителя, общая точка анодов диодов VD1, VD3 — отрицательным полюсом.

Однофазная мостовая схема выпрямления

Рисунок 2 — Однофазный мостовой выпрямитель: а) схема — выпрямление положительной полуволны, б) выпрямление отрицательной полуволны, в) временные диаграммы работы

Полярность напряжения во вторичной обмотке меняется с частотой питающей сети. Диоды в этой схеме работают парами поочередно. В положительный полупериод напряжения u2 проводят ток диоды VD2, VD3, а к диодам VD1, VD4 прикладывается обратное напряжение, и они закрыты. В отрицательный полупериод напряжения u2 ток протекает через диоды VD1, VD4, а диоды VD2, VD3 закрыты. Ток в нагрузке проходит все время в одном направлении.

Схема является двухполупериодной (двухтактной), т.к. на нагрузке выделяется оба полупериода сетевого напряжения Uн = 0,9U2, коэффициент пульсаций — 0,67.

спользования мостовой схемы включения диодов позволяет для выпрямления двух полупериодов использовать однофазный трансформатор. Кроме того, обратное напряжение, прикладываемое к диоду в 2 раза меньше.

Питание постоянным током потребителей средней и большой мощности производится от трехфазных выпрямителей, применение которых снижает загрузку диодов по току и уменьшает коэффициент пульсаций.

Трехфазная мостовая схема выпрямления

Схема состоит из шести диодов, которые разделены на две группы (рис. 2.61, а): катодную — диоды VD1, VD3, VD5 и анодную VD2, VD4, VD6. Нагрузка подключается между точками соединения катодов и анодов диодов, т.е. к диагонали выпрямленного моста. Схема подключается к трехфазной сети.

Трехфазная мостовая схема выпрямления

Рисунок 3 — Трехфазный мостовой выпрямитель: а) схема, б) временные диаграммы работы

В каждый момент времени ток нагрузки протекает через два диода. В катодной группе в течение каждой трети периода работает диод с наиболее высоким потенциалом анода (рис. 3, б). В анодной группе в данную часть периода работает тот диод, у которого катод имеет наиболее отрицательный потенциал. Каждый из диодов работает в течение одной трети периода. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет всего 0,057.

Управляемыми выпрямителями — выпрямители, которые совместно с выпрямление переменного напряжения (тока) обеспечивают регулирование величины выпрямленного напряжения (тока).

Управляемые выпрямители применяют для регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока, яркости свечения ламп накаливания, при зарядке аккумуляторных батарей и т.п.

Схемы управляемых выпрямителей строятся на тиристорах и основаны на управлении моментом открытия тиристоров.

На рисунке 4,а представлена схема однофазного управляемого выпрямителя. Для возможности выпрямления двух полуволн сетевого напряжения используется трансформатор с двухфазной вторичной обмоткой, в которой формируется два напряжения с противоположными фазами. В каждую фазу включается тиристор. Положительный полупериод напряжения U2 выпрямляет тиристор VS1, отрицательный – VS2.

Схема управления СУ формирует импульсы для открывания тиристоров. Время подачи открывающих импульсов определяет, какая часть полуволны выделяется на нагрузке. Тиристор отпирается при наличии положительного напряжения на аноде и открывающего импульса на управляющем электроде.

Если импульс приходит в момент времени t0 (рис. 4,б) тиристор открыт в течении всего полупериода и на нагрузке максимальное напряжение, если в моменты времени t1, t2, t3, то только часть сетевого напряжения выделяется в нагрузке.

Однофазный выпрямитель

Рисунок 4 — Однофазный выпрямитель: а) схема, б) временные диаграммы работы

Угол задержки, отсчитываемый от момента естественного отпирания тиристора, выраженный в градусах, называется углом управления или регулирования и обозначается буквой α. Изменяя угол α (сдвиг по фазе управляющих импульсов относительно напряжения на анодах тиристоров), мы изменяться время открытого состояния тиристоров и соответственно выпрямленное напряжение на нагрузке.

Источник