Схемы выпрямителей, фильтров. Расчет устройств

Схемы выпрямителей, фильтров
MATLAB приложение Simulink
Основные схемы выпрямления
Двухполупериодная схема со средней точкой
Мостовая схема схема Греца
Трехфазная нулевая (схема звезда-звезда)
Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)
Выпрямительные диоды
Выбор вентилей выпрямительного устройства
Классификация сглаживающих фильтров
Коэффициенты фильтрации и сглаживания фильтра
Расчет Г-образного индуктивно-емкостного фильтра
Методики анализа и расчета выпрямителей
Примеры расчета выпрямителя с емкостным фильтром
Находим коэффициент трансформации
Расчет выпрямителей при нагрузке, начинающейся с индуктивного элемента
Модель выпрямителя с учетом активных сопротивлений в фазах
Моделирование электротехнических устройств в пакете MATLAB
Состав библиотеки Simulink
Измерительные блоки библиотеки Simulink
Осциллограф Scope
Создание собственных измерительных блоков в Simulink
Моделирование электротехнических устройств в SimPowerSystems
Источники электрической энергии Electrical Sources
Электротехнические элементы Elements
Особенности моделирования трансформаторных схем
Модели полупроводниковых ключевых элементов в SimPowerSystems
Примеры моделирования выпрямителя с емкостным фильтром в пакете MATLAB
Вариант модели мостового выпрямителя для параметрического анализа
Пример моделирования выпрямителя с индуктивно-емкостным фильтром в пакете MATLAB

Трудность возникает при расчете коэффициента пульсаций выпрямителей, поскольку, положив , приняли пульсации выпрямителя равными нулю. Однако если пульсации выходного напряжения небольшие, то и отклонения формы тока вентиля от косинусоидальной также окажутся небольшими. В результате для расчета переменной составляющей тока всех вентилей, проходящей через выходной конденсатор выпрямителя и определяющий его пульсации, можно воспользоваться формулой (2.9), но уже не как точной, а как приближенной. Так как выходное напряжение выпрямителя фильтруется сглаживающим фильтром, который сильно ослабляет высшие гармоники выходного напряжения, то достаточным для практики явится расчет коэффициента пульсаций по первой гармонике.

Таким образом, общий ток всех вентилей представляет собой совокупность импульсов тока, определяемых (2.9) и следующих друг за другом с интервалом . Амплитуда первой гармоники тока:

  (2.17)

Амплитуда первой гармоники напряжения:

 (2.18) 

Коэффициент пульсаций по первой гармонике:

 (2.19) 

где - функция угла отсечки и числа фаз выпрямителя.

 Данный метод расчета из-за приближения  достаточно точен лишь при малых значениях коэффициента пульсаций (<0,1÷0,12). Поэтому формула (2.19) определяет и применимость изложенного метода. Если при расчете окажется, что >0,12, то точность будет ниже требуемой () и возникнет необходимость изменения расчетной модели.

Самым простым способом достижения требуемой точности расчета является увеличение емкости выходного конденсатора выпрямителя до значения, которое обеспечивает выполнение условия 0,1÷0,12. При этом вводят понятие минимальной емкости выходного конденсатора выпрямителя. При  коэффициент пульсаций  = 0,1.

Недостатком использования формулы (2.19) является то, что о выполнении или нарушении условия малости пульсаций узнают только в конце расчета, когда определен угол отсечки  и найдена функция . Удобнее было бы иметь такое соотношение, которое позволило бы определить емкость  до начала расчета, после чего вынести решение о возможности применения выходного конденсатора заданной емкости в выбранной схеме выпрямителя.

Прийти к такому соотношения можно представив зависимость  в приближенном виде. Так, для двухфазного выпрямителя . Подставив это приближение в (2.19), при  = 0,1 получим:

 , (2.20)

где - в мкФ.

Таким образом, данный метод расчета выпрямителя заключается в проверке условия (2.20) с последующим определением режима работы по выражению (2.13) и нахождения расчетных показателей по формулам (2.14), (2.15), (2.16), (2.19).

Как было показано ранее, выбранная модель (рис. 2.1, б) достаточно проста, однако расчеты по полученным на ее основе формулам дают во многих случаях неплохую точность. Вместе с тем в выпрямителях на относительно высокие напряжения заметное влияние на выходные показатели оказывает индуктивность рассеяния трансформатора. При ее учете придем к расчетной модели, приведенной на рис. 2.4, а. Импульс тока вентиля в такой модели заметно отличается от косинусоидального (рис. 2.4, б) и имеет длительность, большую .

Проведя анализ подобный ранее изложенному, получим зависимости коэффициентов  не только от угла , но и от относительного реактивного сопротивления фазы x.

Рис. 2.4. Расчетная модель выпрямителя с учтенной индуктивностью

рассеяния (а) и кривые импульса тока вентиля в исходной и данной моделях (б).

Также может быть определен тангенс угла , характеризующего соотношение между индуктивным и активным сопротивлениями фазы выпрямителя:

  (2.21)

Найденные ранее выражения для коэффициентов  соответствуют значению параметра   или . Зависимости коэффициентов  от функции параметра режима   и угла  приведены на рис. 2.5 - 2.9 [7, 8].

Рис. 2.5. Зависимость коэффициента  от  при различных значениях .

Рис. 2.6. Зависимость коэффициента  от  при различных значениях .

Рис. 2.7. Зависимость коэффициента  от  при различных значениях .

Рис. 2.8. Зависимости коэффициентов  и  от  и .

Рис. 2.9. Зависимости коэффициентов  и  от  и .

Действующий ток  первичных обмоток (см. таблицу 2.1) можно найти, зная коэффициент трансформации [8]:

  (2.22)

и действующий ток во вторичных обмотках трансформатора .

Габаритная мощность трансформатора  определяется согласно данным таблицы 2.2. Через габаритную мощность трансформатора находится один из важнейших показателей выпрямителя - коэффициент использования трансформатора по мощности (1.1).

Таблица 2.2.

Схема

Габаритная мощность трансформатора

Однополупериодная

Мостовая

2-х полупериодная со средней точкой

3-х фазная нулевая

Ларионова

 Внешнюю (нагрузочную) характеристику выпрямителя, т.е. зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки, рассчитывают по формуле [8]:

 (2.23)

 Задаваясь различными значениями , определяют коэффициент

  (2.24)

 Значения  находят в зависимости от коэффициента  и угла φ по графику на риc. 2.10 [8]. Подставляя величину  в формулу (2.23), находят  для различных значений .

Напряжение на конденсаторе будет равно напряжению на нагрузке, но на случай отсоединения нагрузки необходимо выбирать конденсатор рассчитанный на напряжение холостого хода выпрямителя – Uхх. Очевидно, что при холостом ходе ( = 0)  = 1 и значение напряжения холостого хода выпрямителя для всех схем, кроме схемы Ларионова:

  (2.25)

В схеме Ларионова при соединении вторичной обмотки в звезду:

 (2.26)

Рис. 2.10. Зависимость  от коэффициента  

при различных значениях φ.

Учитывая то, что на фильтре знакопостоянное напряжение, конденсатор следует выбирать полярный, c номинальным напряжением не менее чем на 10% больше чем напряжение холостого хода выпрямителя (на случай скачков напряжения в электросети). Также следует учесть изменение емкости конденсатора в течение минимальной наработки, допустимое отклонение емкости, при этом допустимые напряжения переменной составляющей пульсирующего тока не должны превышать предельных значений для выбранного типа конденсатора. Переменная составляющая пульсирующего напряжения рассчитывается согласно (2.18). Поскольку допустимая переменная составляющая приводится в справочниках для частоты 50 Гц, ее следует пересчитать на частоту пульсаций напряжения на конденсаторе:

  (2.27)

Приведенные соотношения получены для модели вентиля без порога выпрямления. Они обеспечивают хорошую точность расчета при выпрямленном напряжении более 15-20 В. При меньших значениях выпрямленного напряжения следует учитывать порог выпрямления [6].

ЭДС  оказывается включенной согласно с выпрямленным напряжением (по полярности). Поэтому рассчитанное по (2.11) выходное напряжение больше реального напряжения на конденсаторе С на величину порога выпрямления вентилей схемы.

Если считать напряжение:

, (2.28)

которое получается на выходном конденсаторе, расчетным  и равным сумме порогового напряжения вентилей и заданного постоянного выходного напряжения , то все расчетные формулы будут справедливы и для выпрямителя с выходным напряжением менее 5-7 В [6]. Коэффициент   в формуле (2.28) определяется числом проводящих вентилей, т.е. схемой выпрямления: для мостовых схем -  = 2, для остальных схем -  = 1.

  • Амплитудная характеристика усилителя Фазочастотная характеристика усилителя
  • Исследование управляемого тиристорного выпрямителя Ознакомиться с импульсно-фазовым способом управления тиристором. Изучить принци действия и устройство однофазного управляемого тиристорного выпрямителя.
  • Амплитуда синусоидального напряжения между базой и эмиттером достаточна для создания насыщенного состояния транзистора. В отрицательный полупериод, когда база транзистора приобретает более низкий потенциал, чем эмиттер, транзистор V открывается и выходит в режим насыщения. В положительный полупериод транзистор закрывается. Вследствие этого выходное напряжение на коллекторе имеет трапецеидальную форму.
  • Среднее значение напряжения на выходе неуправляемого выпрямителя, выполненного по однополупериодной схеме
  • Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения Изучить принципиальную схему полупроводникового стабилизатора напряжения компенсационного типа. Снять основные характеристики. Определить коэффициент стабилизации и внутреннее сопротивление стабилизатора.
  • Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)