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

Коэффициент использования трансформатора для различных схем выпрямления при активной нагрузке

Аналогично рассмотренной схеме со средней точкой могут быть определены габаритная мощность и коэффициент использования трансформатора по мощности для любых схем выпрямления при чисто активной нагрузке [2, 3]:

Таблица 1.1.

Кa

0,33

0,675

0,813

0,746

0,952

Sгаб / Pd

3,1

1,48

1,23

1,34

1,05

1.3. Определение основных параметров и выбор элементов выпрямителя

1.3.1. Определение параметров схемы замещения трансформатора

При расчете трансформаторов используется Т-образная схема замещения [8], представленная на рис. 1.7.

ris1_7b

Рис. 1.7. Схема замещения трансформатора малой мощности.

Обычно параметры вторичной стороны трансформатора приводятся к первичной стороне (рис. 1.7). Однако в методиках, приведенных в литературе [2, 6, 8], для ориентировочного определения параметров трансформатора до окончательного их расчета используются формулы, в которых первичная сторона трансформатора приводится к вторичной. Поскольку чаще всего расчету подлежит понижающий трансформатор, то абсолютные значения активного и реактивного сопротивлений первичной стороны будут больше активного и реактивного сопротивлений вторичной стороны и связаны через квадрат коэффициента трансформации.

Сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к фазе вторичной обмотки, можно определить до расчета трансформатора по приближенной формуле (для выпрямленных токов не менее 20 мА) [8]:

  (1.2)

где  - коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя и ФУ (табл. 2.1 и 2.5); s – число стержней трансформатора, несущих обмотки; для трансформатора с магнитопроводом броневого типа s = 1, стержневого (П-образного) s = 2, трехфазного s = 3;  - амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора.

Индуктивность рассеяния обмоток трансформатора , приведенную к фазе вторичной обмотки, определяют до расчета трансформатора по приближенной формуле (для выпрямленных токов не менее 20 мА) [8]:

 (1.3)

где  - коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя и ФУ (табл. 2.1 и 2.5); p – число чередующихся секций обмоток; если вторичная обмотка наматывается после первичной (или наоборот), то p =2; если первичная обмотка наматывается между половинами вторичной обмотки (или наоборот), то p = 3.

Замечание: В формуле (1.3) - p не следует путать с пульсностью схемы.

 При расчетах следует учесть, что для двухполупериодной схемы со средней точкой фазой выпрямителя является только половина вторичной обмотки.

При определении параметров схемы замещения должны быть заданы полная (габаритная) номинальная мощность трансформатора  и номинальные действующие значения напряжений его обмоток ,  и т.д. Номинальный ток трансформатора  определяется исходя из его номинальной мощности.

При использовании готового (стандартного) трансформатора параметры его схемы замещения находят из опытов холостого хода (х.х.) и короткого замыкания (к.з.) или по паспортным данным на трансформатор.

В опыте холостого хода к первичной обмотке трансформатора прикладывается напряжение  при разомкнутой вторичной обмотке и определяются:

- Ток холостого хода трансформатора  или  (обычно в паспорте на трансформатор указывается в % от ). Для маломощных трансформаторов  может составлять значительную часть  до 25 ÷ 30%.

- Активная мощность на первичной стороне .

 или .

Параметры цепи намагничивания трансформатора определяют по данным опыта холостого хода. В режиме х.х. энергия, затрачиваемая в трансформаторе, расходуется на создание основного потока (намагничивающая мощность ), потери в стали магнитопровода   и потери в первичной обмотке от тока холостого хода . Поскольку потерями в первичной обмотке на х.х. обычно пренебрегают, то мощность  определяет потери в цепи намагничивания, т.е. потери в стали.

При расчете цепи намагничивания используются две основные схемы замещения [9]:

- последовательная схема замещения с включенными последовательно резистивным  и индуктивным  элементами, при этом через них протекает один и тот же ток :

 и .

- параллельная схема замещения (рис. 1.7) с включенными параллельно резистивным  (или ) и индуктивным  (или ) элементами, при этом ток  имеет две составляющие – активную  и реактивную :

,

.

Параметры схем замещения связаны между собой следующими соотношениями:

.

Также из опыта х.х. определяют реальную ЭДС (напряжение) вторичной стороны  и коэффициент трансформации .

Из опыта короткого замыкания определяются:

- Напряжение короткого замыкания трансформатора  (обычно в паспорте на трансформатор указывается в % от ), т.е. напряжение при котором в первичной обмотке протекает номинальный ток трансформатора  при закороченной вторичной обмотке. Для маломощных трансформаторов обычно  порядка 5 - 15%.

- Активная мощность на первичной стороне . Поскольку потерями в цепи намагничивания обычно пренебрегают, то мощность  определяет - потери в меди.

Модуль полного комплексного сопротивления первичной и приведенной (к первичной) вторичной обмоток:

 или ,

 или ,

 и ,

Обычно полагается, что выполняются равенства:

  и , ,

(1.4)

  и , ,

т.е.  и , по сути, получены из опыта короткого замыкания только с вторичной стороны при закороченной первичной.

Если производится расчет трансформатора по методикам, приведенным в [7, 8], то, исходя из его номинальной мощности , выбирается тип стандартного магнитопровода с известными параметрами. Вычисляются  и  - число витков первичной и вторичной обмоток. По данным магнитопровода и известном напряжении  определяются  и , токи , , , параметры цепи намагничивания  и . Находятся геометрические размеры проводов первичной и вторичной обмоток и определяются их активные и реактивные сопротивления , , , .

Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)