Выбор электродвигателя Моделирование и анализ электронных схем Основы электротехники Методические указания Основы электроники Лабораторные работы Основы теории цепей

Расчетное задание Элементы проектирования электропривода

Емкость конденсатора сказывается не только на пульсациях выпрямленного напряжения, но и на форме импульса тока вентиля

. При очень большой емкости конденсатора выходное напряжение почти постоянно и импульс тока симметричен, т.к. углы отсечки   и  равны. При уменьшении емкости импульс немного искажается по форме и сдвигается в сторону опережения. Угол отсечки  становится больше угла .

В итоге необходимо отметить следующее [6]:

1) при нагрузке, начинающейся с конденсатора, выпрямитель работает с отсечкой тока. Импульсы тока вентилей имеют длительность, меньшую T/m;

2) выпрямленное напряжение и ток нагрузки имеют пилообразную форму;

3) чем больше ток нагрузки, тем больше угол отсечки тока и тем меньше выпрямленное напряжение; Исследование трёхфазных цепей при соединении  сопротивлений нагрузки в треугольник Цель работы: экспериментальная проверка соотношений между линейными и фазными величинами и построение векторных диаграмм трёхфазной цепи при соединении сопротивлений нагрузки в треугольник.

4) емкость конденсатора определяет как напряжение пульсаций, так и отклонение от косинусоидальной формы импульса тока.

С уменьшением сопротивления фазы r зарядный ток возрастает и напряжение на выходном конденсаторе нарастает круче, чем это показано на рис. 2.1, в.

Рис. 2.2. Диаграммы электромагнитных процессов (а, б) для нагрузок   и  () и внешняя характеристика выпрямителя (в).

В бестрансформаторных выпрямителях сопротивление вентилей и проводов, подводящих энергию к выпрямителю, настолько мало, что напряжение на конденсаторе при его зарядке следует за ЭДС работающей фазы (рис. 2.3, а). При этом ток вентиля:

, (2.5)

где  - амплитуда фазного напряжения сети,  - ток нагрузки, принятый постоянным.

По сравнению со случаем, когда зарядный ток ограничивался сопротивлением зарядной цепи, импульс тока (рис. 2.3, б) становится асимметричным. Выходной конденсатор выпрямителя заряжается до напряжения  от каждой из фаз сети. Зарядка конденсатора током вентиля продолжается до угла  (первая фаза). При > 0 ток вентиля становится меньше тока нагрузки и при  достигает нуля, вентиль закрывается. Положив в (2.5) , получим выражение для определения угла выключения вентилей :

 (2.6)

При  напряжение на конденсаторе спадает линейно, т.к. ток нагрузки считается постоянным. Когда ωt достигает значения , спадающее напряжение на конденсаторе сравнивается с возрастающей ЭДС второй фазы , после чего начинается подзарядка конденсатора током второй фазы. Таким образом, минимальное напряжение на выходном конденсаторе оказывается равным

 (2.7)

Углы  и  связаны нелинейной зависимостью (рис. 2.3, в).

Рис. 2.3. Диаграммы электромагнитных процессов в бестрансформаторном выпрямителе (а, б) и зависимость углов  и  (в).

Среднее значение выпрямленного напряжения мало отличается от:

 , (2.8)

которое получилось бы при линейном нарастании  при зарядке конденсатора.

Важно отметить заметную зависимость выходного напряжения выпрямителя от емкости выходного конденсатора. При увеличении емкости С спадание напряжения из-за разрядки конденсатора замедляется и угол открывания вентиля   становится меньше.

Таким образом, при расчете выпрямителя пользуются двумя расчетными моделями [6]. Первую расчетную модель применяют при расчетах трансформаторных выпрямителей, когда ток зарядки выходного конденсатора ограничивается активным и индуктивным сопротивлением фазы трансформатора, а также сопротивлением вентиля.

Вторая модель хорошо отражает процессы в бестрансформаторном выпрямителе. В нее закладываются малые активное и индуктивное сопротивление фазы сети и малое падение напряжения на вентилях.

Поскольку характер выпрямителей определяется не только сопротивлением зарядной цепи, а и емкостью выходного конденсатора, т.е. постоянной времени заряда, применимость первой или второй моделей зависит от соотношения сопротивлений фаз r и  и емкости выходного конденсатора С [6].

Пояснить методику получения расчетных формул для первой модели проще всего при анализе схемы выпрямителя, приведенной на рис. 2.1, б, где ток зарядки конденсатора ограничивается сопротивлением r. Так как выпрямитель всегда характеризуется относительно небольшим напряжением пульсаций (его значение ограничивают допустимой реактивной мощностью выходного конденсатора фильтра на уровне 5-10% от ), то можно принять без больших погрешностей [6] выходное выпрямленное напряжение постоянным, каким оно становится при бесконечно большой емкости конденсатора С. При этом углы отсечки  и  становятся равными и импульс тока вентиля приобретает косинусоидальную форму:

 (2.9)

при и  на остальной части периода.

Постоянный ток в нагрузке выпрямителя равен сумме постоянных составляющих токов всех вентилей:

  (2.10)

При углах , равных  и , выпрямляемое переменное напряжение , что позволяет записать:

 (2.11)

Следует отметить, что в схеме Ларионова используется не фазное напряжение, а линейное, поэтому амплитудное напряжение фазы на вторичной обмотке трансформатора будет в  раз меньше . Максимум напряжения будет здесь не при , а при . Форма тока в фазе вторичной обмотки здесь также будет отличаться от однофазных схем (см. таблицу 2.1).

Произведя интегрирование (2.10), придем к выражению:

 , (2.12)

связывающему параметр режима работы выпрямителя  с выходным выпрямленным напряжением  и током нагрузки . Обычно его записывают в несколько ином виде [6 - 8]:

  или . (2.13)

В этом выражении правая часть является однозначной функцией угла отсечки .

Соотношение (2.13) позволяет по выходным данным выпрямителя (,) и оценке сопротивления фазы r определить режим работы выпрямителя, т.е. угол отсечки . Когда режим работы известен, все интересующие расчетчика зависимости находятся легко, т.к. полностью известна форма импульса тока одной из фаз выпрямителя (это усеченный косинусоидальный импульс).

Действующее значение ЭДС вторичной обмотки, согласно (2.11) ,

 (2.14)

Действующее значение тока найдем по (2.9):

 (2.15)

где функция угла отсечки  характеризует отношение действующего значения импульса тока к его постоянной составляющей. Для схемы Ларионова разница в формуле (2.15) связана с тем, что вентили в ней проводят ток 2 раза за 1 период, а во всех остальных схемах вентили проводят ток по одному разу.

Следует отметить, что имеется разница в схемах между действующим значением тока во вторичной обмотке трансформатора  и током вентиля . Это связано с тем, что вторичные обмотки мостовых схем проводят ток в обе стороны, а остальные схемы проводят ток только в одну сторону.

Максимального значения ток вентиля достигает при  в схеме Ларионова и при   = 0 во всех остальных схемах:

  (2.16)

где - функция, связывающая значение амплитуды импульса тока и его постоянной составляющей.

Проектированием и конструированием занимаются в специальных организациях: проектных институтах, проектно-конструкторских и конструкторских бюро (ПКБ и КБ) и т.п. На некоторых предприятиях могут быть собственные КБ. Создаваемые в КБ узлы и детали должны быть взаимозаменяемыми, унифицированными, технологичными, а само изделие - соответствовать требованиям надежности, экономичности, безопасности и технической эстетики
Вернуться на главную сайта