Электротехника и электроника


         

9.10. Маломощные выпрямители - часть 2


Средние значения напряжения и тока такие же, как в предыдущей схеме. В мостовой схеме обратное напряжение на диоде, если пренебречь прямым падением напряжения на нем, определяется напряжением на вторичной обмотке трансформатора:

(9.46)

Из формул (9.40) и (9.46) следует, что обратное напряжение в мостовой схеме при том же значении выпрямленного напряжения Ua в 2 раза меньше, чем в схеме с отводом от средней точки. Формы токов первичной и вторичной обмоток одинаковы. Поэтому действующее значение тока первичной обмотки связано со средним значением тока в диоде тем же коэффициентом, что и в схеме с отводом от средней точки. Расчетные мощности в обоих обмотках также равны. S„=S,=S,=1.23P,. (9.47) При экспериментальной проверке в Electronics Workbench используется модел! диода "ideal", в которой прямое падение напряжения Unp на диоде не равно нулю, а составляет приближенно 0.8 В. Поэтому для точного расчета среднего значения выходного напряжения необходимо использовать вместо формулы (9.35) следующее выражение:

(9.48)

В связи с этим необходимо скорректировать все остальные расчетные формулы. Однако погрешность, вызванная неидеальностью диода не превышает 5%. Это вполне удовлетворительно для проведения инженерных расчетов.


Применение фильтров для сглаживания пульсации в нагрузке Для сглаживания пульсации напряжения в нагрузке в схему выпрямителя включаются реактивные элементы, выполняющие роль фильтров. На. рис, 9,42 приведены простейшие схемы фильтров: индуктивного (рис. 9.42а), емкостного (рис. 9.42в), Г-образного (рис. 9.42г), а также диаграммы напряжений и токов на активной нагрузке (рис. 9.426).


Выпрямленное напряжение содержит постоянную и переменную составляющую. При достаточно большой величине емкости и индуктивности фильтров на их реактивных сопротивлениях падает большая часть переменной составляющей напряжения (рис. 9.426}. Индуктивность в сочетании с конденсатором образует Г-образный фильтр с лучшим качеством фильтрации напряжения. В однополупериодных схемах частота пульсации f1 выходного напряжения равна частоте питающей сети f, в двухполупериодных схемах она вдвое превосходит частоту питающей сети (fi = 2f). Выходное напряжение выпрямителя представляет собой сумму гармоник, кратных частоте сети. В двухполупериодном выпрямителе наибольшую амплитуду имеет первая (основная) гармоника, равная удвоенной частоте сети. Применительно к ней и ведется расчет фильтров. Отношение амплитуды первой гармоники U11max выпрямленного напряжения к среднему значению выпрямленного напряжения Ud принято называть коэффициентом пульсации q1. Для напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя, работающего на активную нагрузку (без фильтра), этот коэффициент равен: q1-U11max/Ud=2/3. (9.49) Допускаемый коэффициент пульсации на выходе фильтра: q2=U12max/Ud2 (9.50) где Ud2 - среднее значение напряжения на выходе фильтра, U12max- амплитуда первой гармоники этого напряжения.

Отношение коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра называется коэффи циентом сглаживания:

(9.51)

При применении индуктивного фильтра (рис. 9.42а) первая гармоника переменной составляющей напряжения на выходе выпрямителя распределяется между индуктивным сопротивлением фильтра XL и нагрузочным сопротивлением Rnp. Когда XL >>Rnp, пульсации выпрямленного напряжения на сопротивлении нагрузки Rnp малы (рис. 9.446). В двухполу периодной схеме коэффициент сглаживания равен:

(9.52)

Зная коэффициент пульсации и сопротивление нагрузки Rnp, величину индуктивности L можно найти по формуле:

(9.53)

Для больших значений коэффициентов сглаживания s емкость конденсатора С или индуктивность катушки L простейших фильтров будут велики, что приведет к очень большим габаритам фильтра. В этом случае рационально применить Г-образный фильтр (рис. 9.44г). Суммарный объем конденсатора и катушки индуктивности в этом случае получается меньше, чем объем одного конденсатора в емкостном фильтре или объем катушки в индуктивном фильтре. Для расчета Г-образного фильтра используется выражение:

(9.54)

где w - частота первой гармоники выпрямленного напряжения, L и С определяются из выражения: wL=l/wC. Расчет схем выпрямителей с фильтром на выходе В предлагаемых задачах провести расчет схемы двухполупериодного выпрямителя с отводом от средней точки, элементы которого имеют различные параметры для каждой задачи. Задачи сформулированы таким образом, чтобы продемонстрировать различия в процессах, происходящих в схеме, для случаев подключения активной нагрузки без фильтра и через индуктивный фильтр, обеспечивающий высокий коэффициент сглаживания. -В этих задачах читатель по существу впервые сталкивается с необходимостью планирования и проведения экспериментов в реальных схемах. Этот процесс потребует от Вас определенного времени и внимания для получения правильного результата и его последующего анализа. Рассмотрим пример, в котором проводится расчет и экспериментальная проверка результата. Задача 1 (файл с9_200) Дано: Двухполупериодный выпрямитель нагружен на сопротивление R. Частота питающей сети 50 Гц (рис. 9.43). Проведены 3 опыта: 1. Нагрузка подключена непосредственно к выпрямителю. В этом случае среднее значение тока в диодах отличается от действующего значения тока на 0.2 А.

2. Нагрузка подключена к выпрямителю через индуктивный фильтр. Индуктивность фильтра 0.5 Гн, коэффициент сглаживания — 10. 3. Нагрузка подключена к выпрямителю через индуктивный фильтр. Индуктивность фильтра настолько велика, что пульсациями тока нагрузки можно пренебречь. Найти: максимальное обратное напряжение на диодах, величину выделяемой в нагрузке активной мощности для 1-го и 3-го опытов. Расчет: 1.Из первого опыта можно определить среднее значение тока Iдр в нагрузке. Из формул (9.38,9.41)следует:





Содержание  Назад  Вперед