книги / Физические основы электроники

Ток первичной обмотки имеет ту же форму, что и ток вторичной обмотки, отличаясь от него только по величине. Такая форма тока имеет место лишь при соединении обеих обмоток трансформатора в звезду.

Обратное напряжение, приходящееся на один вентиль, определяется так же, как и для трехфазной схемы: оно равно амплитуде линейного напряжения на зажимах вторичной об­ мотки трансформатора.

Основные соотношения для схемы соединения обмоток трансформатора звезда—звезда:

действующее значение напряжения вторичной обмотки для фазного напряжения

{/2 = — = 0,43 {/о,	(7.66)
2,34	V '

где Uo — постоянная составляющая выпрямленного напряже­ ния;

для линейного напряжения

U2 пи„ = л/3 [/2 = 0,741/о;		(7.67)
действующее значение тока вторичной обмотки
/2 = 0,78-1,045/о = 0,815/о;		(7.68)
действующее значение тока первичной обмотки
/. = J - / 2 = 0,815J - / O;		(7.69)
л т	л т
типовая мощность трансформатора
Лип =1,045Ро;		(7.70)
обратное напряжение, приходящееся на один вентиль,
i/обр =	2,44 t/г,	(7.71)
Uo6P= 1,045 Uo.		(7.72)
Среднее значение тока через каждый вентиль в 3 раза
меньше выпрямленного тока /о.
Частота основной гармоники/ 0.г = 6/с*Тн, амплитуда
t/о.г.макс = 0,057 Uo,		(7.73)

коэффициент пульсации Кп - 0,057.

Преимущества схемы по сравнению с простой трехфазной схемой:

1)значительно меньше размеры и масса трансформатора (более полное использование обмоток);

2)отсутствие вынужденного намагничивания и связанно­ го с этим увеличения намагничивающего тока;

3)возможность включения вентилей непосредственно в сеть переменного тока;

4)возможность получения двух напряжений (между нуле­ вой точкой и каждым из выводов выпрямителя), рав­ ных половине выпрямленного напряжения;

5)увеличение основной частоты пульсации в 2 раза, уменьшение коэффициента пульсации более чем в че­ тыре раза и, как следствие, значительное уменьшение размера и массы сглаживающего фильтра.

7.6.Управляемые выпрямители

Управление величиной выпрямленного напряжения мож­ но производить с помощью автотрансформатора в цепи пе­ ременного тока, реостата или потенциометра в цепи выпрям­ ленного тока. Однако, несмотря на простоту, они имеют ряд недостатков: низкий КПД, громоздкость и др. Наиболее эко­ номичным, удобным и потому самым распространенным спо­ собом управления выпрямленным напряжением (током), не имеющим отмеченных недостатков, является управляемое выпрямление. Выпрямительное устройство в этом случае на­ зывается выпрямителем. На рис. 7.27 изображена схема простей-

шего однофазного однополупериодного выпрямителя на ти­ ристоре.

Управление выпрямленным напряжением в управляемых выпрямителях сводится к задержке во времени момента включения тиристора по отношению к моменту его естест­ венного включения. Это осуществляется за счет сдвига между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управ­ ляющий электрод тиристора (рис. 7.28). Такой сдвиг фаз на­ зывается углом управления а. Управление углом а в выпря­ мителе производится с помощью фазовращающей цепочки RiRiC. В зависимости от сопротивления резистора R\ угол управления а может изменяться от 0 до 90°, что позволяет плавно регулировать выпрямленное напряжение от наиболь­ шей величины до его половины.

Оптимальной формой управляющего сигнала для тири­ сторов является прямоугольный импульс малой длительнос­ ти, или импульс с крутым передним фронтом. Такая форма позволяет уменьшить нагрев управляющего электрода в тири­ сторе, а также обеспечить за счет высокой крутизны импульса четкое отпирание тиристора. Поэтому для создания управляю-

К управля­

ющему

Ь Л & кт р о д у

&ъмтилл

СИФУ

щего сигнала подобной формы применяют специальные уст­ ройства управления, называемые системами управления. Су­ ществует много систем управления, но все они в основном состоят из трех элементов (рис. 7.29):

1— входное устройство, предназначенное для преобразо­ вания до требуемой величины управляющих сигналов, кото­ рые синхронизируются в этом устройстве с напряжением сети. Обычно в качестве входного устройства используют много­ фазный трансформатор;

2 — фазосдвигающее устройство сдвигает по фазе (во вре­ мени) управляющие сигналы на угол а относительно напря­ жения питания. В качестве фазосдвигающего устройства мо­ гут служить RC-цепи, мостовые фазовращатели, насыщенные дроссели и трансформаторы, а также схемы «вертикального управления»;

3 — выходное устройство формирует и усиливает управ­ ляющий сигнал.

В некоторых преобразователях отсутствуют отдельные устройства. Так, например, на рис. 7.27 в маломощном пре­ образователе отсутствуют входное и выходное устройства.

На рис. 7.30 изображена схема однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя. В этом выпрямителе входным устройством является трансформатор Трг. Фазовый сдвиг управляющих сигналов по отношению к анодному на­ пряжению производят с помощью мостового фазовращателя. Схема и векторная диаграмма фазовращателя изображены на рис. 7.31. При изменении величины сопротивления перемен­ ного резистора R фаза напряжения Ucd, являющегося выход­ ным напряжением мостового фазовращателя, при неизменной амплитуде плавно изменяется от 0 до 180°.

Напряжение с выхода фазовращателя через диоды D\ и Di, пропускающие только положительные импульсы, поступает на выходное устройство, на входе которого имеются усилите­ ли-ограничители на транзисторах Т\ и Тг. Выходное напря­ жение этих усилителей, имеющее трапецеидальную форму, диф­ ференцируется, проходя через цепочки C\R\ и CiRi. Диоды

>///////////////////////////////////////^^

Рис. 7.31

Di и DAпропускают в управляющие цепи транзисторов лишь положительные импульсы малой длительности и с крутым передним фронтом. Питание усилителей-ограничителей осуще­ ствляют от отдельного мостового выпрямителя (диоды Ds, Ds, Di, Ds). Фазовый сдвиг а (время прихода импульсов) плавно регулируют переменным резистором R мостового фазовра­ щателя от 0 до 180°. Среднее значение выпрямленного напря­ жения при угле управления а без учета потерь определяют из выражения

и«а = Л и г (1 + cos а) = и т 1 + cos а

(7.74)

где Ui — действующее значение напряжения фазы вторичной обмотки трансформатора;

Uпо —	2>/2U2	(7.75)

величина UHaпри а = 0. Зависимость U„Ja)

называют характеристи­ кой управления управля­ емого выпрямителя, гра­ фическое изображение которой для нагрузочно-

V///////////////////////////////////////////////////////////////////////.

го устройства	с	активным
сопротивлением		представ-
лено на рис. 7.32.
С учетом	потерь		зави­
симость U«	=	Д /н)	для

управляемого выпрямителя точно такая же, как и для неуправляемого выпрями­ теля. На рис. 7.33 показано

семейство внешних характеристик управляемого выпрямите­ ля для нескольких значений угла управления а.

Фазовращающие устройства «вертикального управления» применяют в управляемых выпрямителях и в системах авто­ матического управления благодаря их высокому быстродей­ ствию. На рис. 7.34 представлены диаграммы, поясняющие работу фазосдвигающего устройства. Она основана на срав­ нении в специальном узле (устройстве сравнения) входного напряжения Un, поступающего с первичного преобразовате­ ля, с напряжением, линейно изменяющимся во времени £/ср,и синхронизирующим питающим напряжением t/пит. При ра­ венстве сравнительных напряжений на выходе устройства сравнения появляется сдвинутый по фазе на угол а сигнал £/у, который поступает на управляющий электрод тиристора. При изменении входного напряжения до значения U'вх угол управ­ ления изменяется до величины а ' (см. рис. 7.34).

Трехфазные управляемые выпрямители рассмотрим на примере выпрямителя, изображенного на рис. 7.35. При этом выпрямитель может работать как на активную, так и на ак­ тивно-индуктивную нагрузку. Момент включения и длитель­ ность работы тиристоров определяются углом управления а . Отсчет угла а производится от угла естественного включения, которым является угол те/3, сдвинутый влево от максимума синусоидальных напряжений вторичных обмоток трансфор­ матора.

При работе на активную нагрузку (L* = 0) угол управле­ ния в трехфазном выпрямителе, пренебрегая временем вклю-

'/////////////////////////////////////////////////////////////;,

чения тиристоров, выби­ рают из условия а < я/6, при котором ток в на­ грузочном резисторе непрерывен.

Если а будет боль­ ше тс/6, то ток в нагру­ зочном резисторе ста­ нет ' прерывистым (рис. 7.36, а—в), а выпрями­ тель — потреблять ре­ активную мощность из сети.

При	-> оо нагру­
зочный ток	будет сгла­
живаться и	иметь неп­

рерывный характер при углах а > л/6. Предель­ ное значение угла а <

я/2. Если а > я/2, то нагрузочный ток станет прерывистым. Среднее значение напряжения при активно-индуктивном

характере нагрузки а < тг/2 и непрерывном нагрузочном токе можно определить по формуле:

U н а — 7 /н о C O S ( X . ( 7 .7 6 )

Характеристики уп­ равления трехфазною управляемого выпрям­ ителя при чисто актив­ ном сопротивлении на­ грузочного устройства (Ц = 0) изображены на рис. 7.37.

V//////////////////////////////////////////////////,

На этом рисунке приведена кривая, соответствующая включенному филь­ трующему дроссе­ лю с индуктивно­ стью Ьф = оо. Кри­ вые при Ьъ±<х> рас-

. полагаются между этими двумя параллельными характеристиками.

Внешние характеристики трехфазного управляемого вы­ прямителя при различных углах управления а и L$ = оо имеют такой же характер, что и внешние характеристики неуправ­ ляемого выпрямителя.

7.7. Стабилизаторы напряжения

Различают стабилизаторы напряжения переменного и по­ стоянного тока.

Существуют два принципиально различных метода ста­ билизации напряжения: параметрический и компенсационный.

Примером параметрических стабилизаторов могут служить кремниевые стабилитроны. Принцип действия таких стабили­ тронов основан на изменении сопротивления (или других па­ раметров) нелинейных сопротивлений.

Сущность компенсационного метода сводится к автома­ тическому регулированию выходного напряжения. Компенса­ ционные стабилизаторы состоят из трех основных элементов: чувствительного, усилительного и исполнительного (рис. 7.38).