АП 75

CЕМИНАР №3

ТРЕХФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ.

1. Нарисовать схему трехфазного неуправляемого выпрямителя по мостовой схеме с LС фильтром. Первичные и вторичные обмотки трансформатора включены по схеме звезда.

2. Нарисовать временные диаграммы:

а) напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

б) напряжения на выходе выпрямителя напряжения U_d.

в) напряжения на нагрузке;

г) тока нагрузки;

д) тока диода;

е) напряжения между анодом и катодом диода;

ж) тока вторичной обмотки трансформатора;

з) тока первичной обмотки трансформатора;

3. Нарисовать эквивалентную схему замещения выпрямителя.

4. Рассчитать, используя временные диаграммы и эквивалентную схему замещения выпрямителя:

а) Напряжение на выходе выпрямителя U₀ с учетом потерь на диодах, на активном сопротивлении r_потерь и коммутационных потерь ;

б) Напряжение на вторичной обмотке трансформатора Е₂;

в) коэффициент трансформации трансформатора К_ТР;

г) допустимое среднее значение тока диода I_a;

д) допустимое максимальное значение тока диода I_a.max;

е) максимальное напряжения между анодом и катодом диода U_ak;

ж) действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора I₂;

з) действующее значение тока первичной обмотки трансформатора I₁;

и) коэффициент пульсации на выходе выпрямителя q_d;

к) коэффициент сглаживания фильтра S;

л) необходимую величину L_ф, если С_ф=500 мкФ.

.

5. Действующее значение напряжения сети U_сети=220 В ;

Величина напряжения на нагрузке U_н=100В ;

Сопротивление нагрузки R_н=100 Ом;

Сопротивление потерь r_потерь=2 Ом;

Падение напряжения на диоде Δ U_ak=2 В.

Коэффициент пульсации на нагрузке q_н=0,5%

Индуктивность рассеяния трансформатора L_a=10мГн

Решение:

Выполняем чертеж схемы трехфазного неуправляемого выпрямителя с фильтром (рисунок 1). Первичные и вторичные обмотки соединены по схеме звезда.

Рисунок 1 – Схема трехфазного неуправляемого выпрямителя по мостовой схеме с LC фильтром

Вычерчиваем эквивалентную схему замещения выпрямителя (рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема замещения выпрямителя с активными сопротивлениями фаз (а) и диаграммы электромагнитных процессов (б, в)

Формируем временные диаграммы токов и напряжений для исследуемой схемы (рисунок 3).

При шестикратной пульсации выходного напряжения = 2/35 = 5,7 %.

Таким образом, ток в нагрузке получается хорошо сглаженным даже при небольшой индуктивности в цепи нагрузки (рисунок 3 – в).

Рисунок 3 – Временные диаграммы трёхфазного неуправляемого выпрямителя по мостовой схеме с LC фильтром

Допустимое среднее значение тока вентиля определяется следующим образом:

А

Тогда можно определить допустимое максимальное значение тока диода:

= 1 А

Напряжение на вентиле зависит от разности потенциалов между катодом и анодом, при этом в закрытом состоянии напряжение на вентиле близко к нулю.

В закрытом состоянии к вентилю прикладывается разность фазных напряжений. Максимальное напряжение на диоде равно максимальному значению линейного напряжения на вторичных обмотках трансформатора.

Таким образом:

= 104,5 В

Осциллограммы тока и напряжения на диоде показаны на рисунке 3 – г, е.

Напряжение на выходе выпрямителя U₀ с учетом потерь на диодах, на активном сопротивлении r_потерь и коммутационных потерь определяется по следующей формуле:

+1,0 = 105 В,

где

Действующее значение фазной ЭДС вторичной обмотки определяется по следующей формуле:

Е₂=U_d0/2,34=105/2,34=44,87В

Коэффициент трансформации определяется по следующей формуле:

К_Т=U₁/Е₂=220/44,87=4,9В

Коэффициент пульсаций определяется по следующей формуле:

= 11,4

Индуктивность определяется по следующей формуле:

L_ф=S/C_фm²ω²_С=11,4/0,0005*6²*(2π*50)=0,2мГн

Форма тока, протекающего через вентиль и обмотку трансформатора, одинакова (рисунок 3 – д). Этот ток повторяет по форме ток вторичной обмотки трансформатора (с учетом коэффициента трансформации), но не содержит постоянную составляющую.

Таким образом, действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определяется по следующей формуле:

=0,82 А

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора определяется по следующей формуле:

I₁=I₂/К_Т=0,82/4,9=0,17А

Выделим достоинства трехфазной двухтактной мостовой схемы по сравнению с предыдущими схемами:

• При применении данной схемы мы имеем малую амплитуду обратного напряжения.
• Отсутствие вынужденного подмагничивания постоянной составляющей выпрямленного тока, что, в свою очередь, ведет к высокому значению коэффициента использования трансформатора.
• При достаточной величине напряжение имеется возможность включения вентилей в сеть переменного тока без применения трансформатора

Основным недостатком данной схемы можно отметить необходимость применения шести вентилей вместо трех.

Литература

• Попков О.З. – Основы преобразовательной техники Москва. Издательский дом МЭИ 2005 г.
• Лекции по дисциплине «Промышленная электроника».