книги / Неуправляемые и управляемые преобразователи

где	Ъф - сопротивление фазы выпрямителя, ом,-
Н	С0	- емкость		конденсатора,		мкф.			Л
	определяется			по найденному		ранее параметру				из графина
ва рко.1.10. Прантичеснн чаще заданной является								величина			6 П1
а находится необходимая величина						емвооти	С0 , обеспечивающая
заданный нозффициент				пульсаций, согласно (1.88)
				Са	* I T	J f				(1.89)
Следует отметить, что такая проотая охема							(емкость		С0		вклю­
чена	пнраллельно Лн			) эффективна		тогда,	когда	требуетоя не
слишком малый			АП1	Практически		при помощи такой схемы полу-
чают	An	é	0,15 для f -		= 50 гц [ 2 ]		. Дальнейшее			уменьше­
ние АП1 производится при помощи						более сложных		сглаживающих
фильтров,		которые рассмотрены ниже.

S 1.8. Умножителя напряжения

Умножителями напряжения называют выпрямителя, позволяющие подучать выходное напряжение , в несколько раз превышающее напряжение питания Unum :

Для этого несколько npocndc одно­

фазных выпрямителей о емкостью

на выходе каждого выпрямителя

соединяют последовательно. Все

однофазные выпрямители подклю­

чаются к одной общей обмотке

выпрямительного трансформатора.

Иногда умножители выполняются

беотравоформаторннни. В соответ­

ствии о устройством и принципом

работы вое умножители делятоя на

несимметричные н оямметрячные.

Рио.I.10

					-	42 -
			Несимметричные		умножители		напряжения
	Для неоимметричных умножителей выходное напряжение может
превышать в любое				число раз	напряжение		питания, т.е.
							6 = 2 ,3 , ...
На	р и о Л . П		приведена распространенная				схема удвоителя	напряже­
ния	(А	= 2 ) . Она		внлючает	в себя одну обмотку питания			И/	с
напряжением			и	, первый	однофазный		выпрямитель Cf » Ôf		и
второй		выпрямитель		С2	3 9	. Количество однофазных выпрями­
телей может			быть и	больше двух. Все последующие подключаются

также, пунктиром на схеме показано подключение третьего выпря­

мителя С, В положительный полупериод и л (соответ­

3S

ствует обозначениям полярности на схеме без скобок) открыт вен­

тиль Of	и заряжается до амплитудного значения					конденсатор Cf
с указанной		на	схеме полярностью:
			U *= и	i>/77 *
			UCf
Вентиль	32	в это время закрыт. При отрицательной полуволне и 2
( соответствует			обозначениям в скобках на схеме) открывается
				вентиль		32 , а вентиль
				Ôf	закрывается. К кон­
				денсатору			С2	подключа­
				ется сумма			напряжений
				и 2	и	UC1		% и	он
				заряжается до двойного
				амплитудного				значения:
				Вое	последующие				конден­
				саторы		( с 3		и т.д.)
				saряхастоя до напряже­
				ния	2U2 m . Подключая
				нагрузку к неокольпш

оовдкненнмм последовательно конденоаторам можно увеличить выход­ ное напряжение до 10 pas (i^ 10). Приведенные выне соотношения справедливы для холоотого хода умножителя или для работы о очень м а лш ж токами нагрузки. Рассмотренные умнохытолж как pas

а применяются для получения вноокого напряжения при малых

- 43 -

токах нагрузки. При заметных токах нагрузки выпрямленное напряжение уменьшается.

Симметричные умножители напряжения

Для симметричных умножителей выпрямленное напряжение может превышать питающее напряжение в четное число раз:

UH d=2kU*um > к =< ,2,...

На рис.I.12 приведена распространенная охема удвоения ( А = 1 ) напряжения, известная также под названием схемы Латура. К общей

обмотке трансформатора

W~

подключены два

однофазных

выпрями-

теля

—

3u j, » С

и

в^2,

»

С2 . Конденсаторы Cf и

С2

соединены

последовательно,

нагрузка

подключена на

сумму

напряжений

конденсаторов. При положительном U2

(обозначения

полярности

на схеме без скобок) открыт вентиль

Bf

и

заряжается конден­

сатор

С1 « среднее

значение

напряжения на

котором

равно

UCfd .

Вентиль

В2

в это

время

закрыт. При

отрицательной

полуволне^

(обозначения на схеме в скобках) открывается вентиль

б2

и за­

ряжается

конденсатор

до напряжения

Uc z d

. Вентиль

Bf в

это

время

закрыт. Выпрям­

ленное

напряжение

на

выхо­

де умножителя

равно

сумме

В.2

r q

+

напряжений на

конденсато­

рах

с ,

и

С0

:

1+(-)

J,

^Hd “ ^cid * 4?2d

И ♦

{

к

Под напряжением питания

здесь

следует

понимать

1-(+)

напряжение

Если ток

нагрузки

очень мал,

то

Uc d

= и2гт,-

Схвма

Ла"

Рис.

1.12

тура

по выходному

напря­

жению

эквивалентна двухполупериодному

выпрямителю. Чаото

эта

схема применяется для питания анодных и экранных цепей в радио­ приемниках и телевизорах. Достоинством схемы Латура являетоя

низкое напряжение	U2 . Остальные параметры такие же, кая
у схемы Греца.

Более подробные сведения о умножителях напряжения можно найти, например, в работе [ I ] .

S 1.9. Работа выпрямителя

на и н д у к т и в н у ю нагрузку

При использовании ртутных вентилей и тиратронов (в выпрями­ телях средней и большой модности) о малым вцутренним сопротив­ лением включение ежкооти С0 для уменьшения пульсаций не реко­ мендуется, так как эти вентили не допуокают многократного увели­ чения амплитуды тока ( по отноиенив к среднему току 1 ио[ ). Для уменьшения пульсации в этих условиях включают последовательно с нагрузкой индуктивность достаточно больной величины, и общая нагрузка выпрямителя становится индуктивной. При использовании

полупроводниковых вентилей индуктивность LH включают	иногда и
в выпрямителях малой мощности. Есть и такие нагрузки,	которые

вами имеют индуктивный характер, например, обмотки электромагни­ тов постоянного тока, обмотки управления магнитных а электромашинных уоилителей и т.д. В этом разделе рассмотрено влияние ин­ дуктивности на работу выпрямителя: принято, что нагрувка имеет индуктивный характер (индуктивность конструктивно не отделена

от нагрузки ). На рис.I.13	показана охема	двухполупериодного
выпрямителя о индуктивно-активной нагрузкой.		Схема отличается

			Рис. I.I3
от	приведенной на		рио. 1.5,а только тем, что нагрузка, кроме
£	М	, имеет еце	и индуктивность L H . При анализе внпрями-
			"

телей о индуктивной	нагрузкой считают,	что индуктивность имеет
бесконечно больную величину:
	ОО	(1.90)
	Lм

Это допущение, не приводящее к заметным ошибкам, значительно упрощает получение расчетных ооотноиений. Трансформатор и вен­ тили считаются идеальными ( х трж О, Z s * 0, и а в 0). Усло­ вие (1.90) означает, что ток в нагрузке не монет изменяться и остается вое время постоянным:

LH = I » C£ - c o n s t .	(I.9I)
Напряжение на выходе выпрямителя и в ( u g =	и и ) ничем не от­

личается от напряжения на активной нагрузке и имеет форму лодусинусоид.

Величина				определяется активным сопротивлением нагрузки
Gн	и средним			выпрямленным напряжением инЫ , но нужно иметь
в виду, что при условии (1.90) переходный процеоо нарастания
токе до величины				I	продолжался бы бесконечно долго. Однвко
практически			LH	воегда конечна я установившееся значение тока
I Hei	достигается достаточно						быстро (переходные процеосы в нас­
тоящем курое не рассматриваются).
В установившемся режиме ,юк нагрузки имеет постоянную вели­
чину. Вентиля				и	Вг	открываются поочередно на полперяодв
при положительной				полуволне напряжения				и г	, и черев вентили
протекают		прямоугольные				ямлульоы тока		i a	с амплитудой I ^	и
длительностью			X .
В	реальных выпрямителях						воегда конечна, поэтому			ток
нагрузки		t H	несколько			изменяется около среднего значения 7мс1,
как указано пунктиром на						рио.1.13,5 , но		эти колебания тока		LH
уже при уоловии
									(1.92)

настолько малы, что практически не вноопт				изменения в расчетные
соотношения, полученные при предположении				(1.90).
	Расчетные ооотиоше—	» "	пряжений. Поокольиу напряже­
ние	на выходе выпрямителя о индуктивной нагрузкой точно такое
же,	как пря активной вагруаке,		то полученные ранее соотношения

- 46 - для напряжений двухполупериодного выпрямителя (1.50), (1*51)

будут справедливы и для рассматриваемого выпрямителя. Расчетные соотношения для токов легко получаются при по­

стоянстве тока нагрузки, аналогично тому, как это было сделано для схемы Ларионова:

.ad.

Расчетная мощность	трансформатора		при	индуктивной нагрузке
находится так же,	но о учетом	значений		D		и b
Если же индуктивность ù H применяется для уменьшения пульсаций
и в нагрузку не входит, то в активной нагрузке							протекает
постоянный ток и напряжение на		нагрузке			Ан	будет	токе	посто-
янно ( UHd = £ „ !Hd ). Переменное напряжение						(гармоники)		будет
выделяться на индуктивности			. Такое		включение характерно
для сглаживающих фильтров и будет раоомотрено ниже.
§ 1.10. Коммутация токов в Фааах вмдрямитеяц
	( перекрытие Æas 1
Ори рассмотрении выпрямителей трансформатор и вентили при­
нимались идеальными, кроме выпрямителя о емкостью. Однако									вое
реальные выпрямители отлячаютоя от идеального. Так активное
сопротивление обмоток трансформатора Хтр и сопротивление									вен­
тиля в проводящем направлении		тл	имеют		конечную величину				я

				- 47 -
вместе образуют			сопротивление		фазы выпрямителя
									(1.93)
Сопротивление			несколько уменьшает			выпрямленное		напряжение.
Кроме того,		сопротивление		г т/а	приводит к тому,		что	переключе­
ние тока из фазы в фазу ( см.рис.I.I3;i.4;i.7 ) происходит не
мгновенно.		Однако отличия от идеального выпрямителя,							вызванные
наличием	«		в фазе, незначительны			и неучет	его не		приводит
к большой погрешности. При приближенных расчетах							г ^		можно не
учитывать (за исключением выпрямителя с емкостной нагрузкой).
Кроме	активного сопротивления					, все реальные			трансфор­
маторы имеют		индуктивность		рассеяния		А$ конечной величины.Роль
индуктивности рассеяния				As	в маломощных выпрямителях ничтож­

на, но с увеличением мощности выпрямителя относительная роль As возрастает, и в выпрямителях средней и большой мощности неучет ее приводит к заметным ошибкам.

	Таким обрааом, в реальных выпрямителях происходит потеря
напряжения в элементах					и А$
	В маломощных выпрямителях потеря напряжения на активном
сопротивлении			незначительна. Роль As			ничтожна. При точном
анализе выпрямителей необходимо учитывать							.
А$	В выпрямителях средней мощности потери напряжения на								и
	соизмеримы. При точном анализе учитываются							и	z^s .
	В выпрямителях большой мощности роль					г ^	ничтожна. Основ­
ные	потери	происходят на А			. Учет индуктивности			Z c обяза-
телен.						рассеяния А$
	Ниже	рассмотрено влияние			индуктивности				на
работу выпрямителя. Нужно иметь в виду, что						As	значительно
влияет на		работу мощных		выпрямителей, поэтому			целесообразно
рассмотреть роль			As	на примере охем мощных выпрямителей,					в
частности,		трехфазных.		Мощные усилители на		большие		токи имеют

последовательно с нагрузкой большие индуктивности для сглажива­

ния, поэтому целесообразнее (и проще) пояснить роль	As при
постоянстве тока нагрузки ( i H = I HdL = c o n s t	). В соответ­

ствии о этими замечаниями на рис.1.14 показаны реальная схема трехфазного однотактного выпрямителя с индуктивностью Ad и активным сопротивлением на выходе и временные диаграшш,

пояоняоцие ев работу. Opi рассмотрении					сопротивление				но
будет учитываться ( т.о. прннныаотся					1 — «	х,	). Считается,
ЧТО				lH~ IMd =c o n s t .
	4 * -							(1.94)
В начальный момент ( S’ = 0)				н до точки	а	открыт	вентиль		В1
и в фазе /	протекает	ток
			^г1~ ^нс(
Падение напряжения на		индуктивнооти			от	постоянного		тока
равно нуле,	и напряжение		на выходе выпрямителя ил				в это		время
равно напряженно в фазе			и г1	( и .& =	u 2f	). В точке		а.	вен-

			Рио.1.14
тиль В1 должен		был бы закрыться, а вентиль						Вг	открыться, а
ток нз фазы	/	переклвчнтьоя		в фазу		2	. Однако мгновенное
уыеньненяе тока		i	до нуля невозможно,				так	как атому препят­
ствует индуктквнооть			As t	. Уменьшение			тока	i a i	приводит
к появление	э.д.с. самоиндукции				раамыкання £			, которая пре­
пятствует	исчезновению тока:
			es i~	^	si d	t			(1.95)

В то же время ток в фаае 2 тоне не ножет увеличиться окачкш, так как при нараотання тока появляетея з.д.о. оамоиндукции вклю­

чения к , которая препятотвуат яараотанив тока:

Как	правило
				^St = ^32 ~ ^33						(1.97)
Уменьаение «оке				i2f	и нарастании тока i22				начинаются в точка
а	к продолааютоя до точки						5 . На участка		а ~ б открыты		оба
вентиля		ô t	и	â z	и ток протекает в двух фазах одновременно
(и одной		фаае уменьшается				, в другой - нарастает). Но су ш а					то­
ков двух фае на участке а - 6							постоянна и равна току вагруэки
оогласно		(1.94):
					1 * са г =ТнЛ " COnSt '					(1.98)
	В точке		5	ток	i a2	нарастает до величины				I Hci , а ток
i a f	убывает		до нуля.		В дальнейием			от точки	6	до точки	â
в фаге 2			протекает		постоянный ток
						С22 =1а г		= 1наС '

и з.д.с. оамокндукции равна нулю. Процеоо переключения тока		иа
фазы /	в фазу 2 на учаотке а б , когда ток протекает	одно­

временно в двух фанах (перекрытие фаз),называют коммутацией тока в фазах. Интервал, в течение которого происходит коммутация токов,

называют углом коммутации			. Такой процеоо коммутации повто­
ряется при	кандой омаяе вентилей (фаз), на участках б&						, д е . . .
( ом.рво.1.14,		5 ). Количество процеооов			коммутации аа один пе­
риод нанрянения питающей оетн			равно количеству пульсаций				т п
		Угол коммутации		{$
Из рио.1.14 видно, что длительность процесса коммутации
(величина	£	) зависит от величины		As	н	. Эту	зависи­

мость нетрудно определить аналитически. Для этого нужно найти закон изменения тока в коммутирующейся фазе, например, во вступаю­ щей в работу второй фазе - i 2t_ ( б). Затем использовать гранич­ ное уоловие

(1.99)

где iï0 - значение J , при котором начинается коммутация.

			- 50 -		â
	Условие	(1.99)	означает, что в конце коммутации (			=
$a +fs	) ток	в фазе	нарастает до *нЫ	*
	Коммутирующиеся		фазы предотавляют	короткозамкнутый	контур

(оба вентиля открыты, напряжения на них равны нулю), в котором действуют линейное напряжение

					и	2.ft	= и .тл s i n		J	(I.IOO)
							2т ft
и э.д.с. самоиндукции					es1		и esz	(активные		сопротивления
ft i	,	г 2	не учитываются). Для вступающей в работу фазы 2 ( в
ней ток			i K2	и линейное напряжение					ийй становятся положитель­
ными) можно составить уравнение									2ft
								d i £-2-
				11-2Л +	d	i Ki
					a it		А /	d	t
или	с учетом (1.97), (1.98) и (I.100)
				2LS	^		f =U2 ™ S i n * ‘			CI.I0I)
Интегрирование уравнения						(I.I0I) дает
				1г к ( â ) =~ "Тх ~				c o s â +f l '		(I.I02)
где	Х$	=	cùL s	,

й- постоянная,

О- амплитуда линейного напряжения.

Постоянная интегрирования		Я находится из начального усло­
вия, заключающегося	в том, что	в начале коммутации ( d = 50 ) ток
вступающей в работу	фазы равен	нулю:
		(1*103)

При выбранной форме записи линейного напряжения (1.100) комму­

тация	начинается	при	гГ	= 0	(т.е.	d0 = 0).	и определения Я
	После учета	начального условия				(I.I03)
легко	получить			т
			L2*	= - f ?	r - ( f '	c o s â )	(1.10*)

Составляющие переменные тока ь2к (/ ) приведены на рио.1.15. Используя граничные условия (1.99) и учитывая, что d = 0,мож­ но получить выражение, позволяющее определить величину угла ^