Чем объясняется падающий характер внешней характеристики выпрямителя

Внешние характеристики выпрямителей

Внешней характеристикой выпрямителя называется зависимость среднего значения напряжения, подводимого к нагрузке, от среднего значения тока нагрузки. В выпрямителе без фильтра эта характеристика близка к линейной зависимости, для которой справедливо уравнение

где — ЭДС выпрямителя без учета в нем потерь, — падение напряжения на одновременно открытых диодах, которое весьма слабо зависит от величины протекающего тока, — внутреннее активное сопротивление выпрямителя, определяемое в основном сопротивлением обмоток трансформатора. Для выпрямителя с нулевым отводом N =1, для мостовой схемы N=2.

Рисунок 6.11. Внешние характеристики выпрямителей

При рассмотрении принципа работы выпрямителей пренебрегалось падением напряжения в обмотках трансформатора и диодах, что справедливо в отсутствии тока в цепи нагрузки. Таким образом, соотношение (6.2) определяет напряжение на выходе выпрямителя в режиме холостого хода, что отражено обозначением первого слагаемого правой части соотношения (6.10). На рис. 6.11 прямой «1» представлена внешняя характеристика выпрямителя без фильтра, построенная с учетом того, что « . Малый угол наклона внешней характеристики к оси токов обусловлен малой величиной внутреннего сопротивления выпрямителя.

Прямая «2» на рис. 6.11 соответствует внешней характеристике выпрямителя, работающего с индуктивным фильтром. Кроме индуктивного, реальный фильтр имеет и активное сопротивление. Поскольку индуктивный фильтр с нагрузкой включен последовательно, наличие этой компоненты сопротивления фильтра эквивалентно увеличению значения внутреннего сопротивления выпрямителя, то есть сомножителя в третьем слагаемом правой части соотношения (6.10). Поэтому внешняя характеристика выпрямителя с индуктивным фильтром представляется прямой линией, но имеющей больший наклон, чем характеристика без фильтра.

Как отмечалось в предыдущем разделе, в режиме холостого хода напряжение на выходе выпрямителя с емкостным фильтром равно амплитуде переменного напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора при мостовой схеме или с одной из ее половин при схеме с нулевым отводом, т.е. при нулевом токе нагрузки напряжение равно . С увеличением тока нагрузки напряжение будет уменьшаться по двум причинам. Во- первых, из-за падения напряжения на элементах схемы выпрямителя, что имеет место и при отсутствии фильтра. Во-вторых, из-за уменьшения среднего напряжения на конденсаторе фильтра при его разряде. Вторая причина при емкостном фильтре является преобладающей и это объясняет более быстрое уменьшение среднего напряжения в нагрузке с увеличением тока, то есть при уменьшении сопротивления нагрузки. На рис. 6.11 кривая «3» отражает ход внешней характеристики выпрямителя с емкостным фильтром. Очевидно, уменьшение емкости конденсатора фильтра способствует более быстрому уменьшению напряжения .

Дата добавления: 2016-01-20 ; просмотров: 5965 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Чем объясняется падающий характер внешней характеристики выпрямителя

Сварочные выпрямители, имеющие падающую характеристику, применяют для ручной сварки, резки и наплавки, а также для автоматической сварки под флюсом.

Падающая внешняя характеристика сварочного выпрямителя обеспечивается понижающим трансформатором с усиленными магнитными полями рассеяния (ВД-201 и ВД-306) или включением дросселя насыщения между трансформатором и выпрямителем (ВД-502-2).

Внешние характеристики выпрямителя

Устройство и принцип действия сварочных выпрямителей ВД-201 и ВД-306 аналогичны. Отличительной особенностью сварочного выпрямителя ВД-201 являются меньшие значения электрических параметров.

а — вид сбоку со снятым кожухом; б — общий вид

На металлической раме выпрямителя ВД-306 размещены (рис. 56) выпрямительный блок 1 с вентилятором и трехфазный понижающий трансформатор 2 с усиленными магнитными полями рассеяния. С трех сторон конструкция защищена кожухом, а сверху крышкой, на которой размещена рукоятка 3 плавного регулирования сварочного тока. На лицевой панели конструкции расположены амперметр 4, кнопки 5 «Пуск» и «Стоп», переключатель 6 диапазонов сварочного тока, два разъема 8 для подключения сварочного кабеля, имеющих соответствующую полярность (+) и (—), и разъем 9 для подключения выпрямителя к сети. Для обеспечения необходимого температурного режима полупроводниковых диодов в выпрямительном блоке имеется вентилятор. Металлическая рама установлена на двух колесах 7.

Усиленные магнитные потоки рассеяния трехфазного понижающего трансформатора получают изменением магнитной связи между первичной (неподвижной) и вторичной (подвижной) обмотками. Вторичную обмотку перемещают поворотом рукоятки 3 в соответствующую сторону, обеспечивая плавное изменение силы тока заданной ступени и падающую внешнюю характеристику. Ступенчатое регулирование осуществляют переключением обмоток трансформатора по схеме «звезда-звезда», обеспечивая ступень малых токов, и по схеме «треугольник-треугольник», обеспечивая ступень больших токов. Для этого служит переключатель 6 диапазонов сварочного тока, который на упрощенной электрической схеме (рис. 57) обозначен П. Для защиты полупроводниковых диодов от перенапряжений между фазами вторичной обмотки трансформатора 77 включены защитные разрядные цепи (на рис. 57 не показаны).

При нажатии кнопки «Пуск» (на рис. 57 не показана) включаются электродвигатель М вентилятора и вспомогательный трансформатор Т2. При достижении необходимой скорости обдува полупроводниковых диодов срабатывает реле контроля вентиляции, которое через свой замыкающий контакт К2 подает напряжение питания на магнитный пускатель К1. Магнитный пускатель К1 своими контактами подключает первичную обмотку трансформатора wl к напряжению сети. При этом на выходе

Аварийное отключение сварочного выпрямителя происходит при сни¬жении скорости обдува полупроводниковых диодов, при пробое любого из диодов или при замыкании вторичных обмоток трансформатора w2 на корпус. При снижении скорости обдува диодов отключается реле контроля вентиляции К2, а при пробое одного из диодов или замыкании вторичных обмоток трансформатора w2 на корпус срабатывает блок защиты, состоящий из вспомогательного трансформатора Т2, реле контроля КЗ и магнитного усилителя А. При этом отключается магнитный пускатель /С/.

Принцип действия блока защиты основан на зависимости выходного тока магнитного усилителя от силы тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора 77. С этой целью через окна магнитопровода магнитного усилителя А проходят провода двух фазных обмоток трансформатора 77, которые выполняют функцию его обмотки управления. В нормальных условиях сила токов, протекающих в каждой фазе, соответствует номинальному значению. При этом магнитопровод магнитного усилителя А является ненасыщенным, а сила тока, проходящего по цепи: вторичная обмотка трансформатора Т2, реле контроля КЗ и рабочие обмотки магнитного усилителя Л, не создает необходимого падения напряжения на обмотке реле контроля КЗ. При пробое диодов или замыкании вторичных обмоток трансформатора 77 сила тока, протекающего в соответствующей фазе, увеличивается. Это приводит к насыщению магнитопровода магнитного усилителя А и увеличению тока, проходящего по цепи: вторичная обмотка трансформатора Т2, реле контроля КЗ и рабочие обмотки магнитного усилителя Л, вызывая срабатывание реле контроля КЗ. Это реле своим контактом разрывает цепь управления магнитного пускателя К1, происходит отключение выпрямителя от сети.?

Сварочный выпрямитель ВД-502-2 предназначен для ручной дуговой сварки и автоматической сварки под флюсом. Крутопадающая внешняя характеристика выпрямителя обеспечивается изменением магнитного состояния дросселя насыщения, включенного между трансформатором и выпрямительным блоком. Изменение сварочного тока выпрямителя ВД-502-2 осуществляется ступенчато-плавно: ступенчатое — переключением двух секций первичной обмотки переключателем диапазонов сварочного тока, плавное — изменением силы тока намагничивания дросселя насыщения. Увеличение тока намагничивания приводит к увеличению сварочного тока данной ступени, и наоборот. Блок защиты выпрямителя ВД-502-2 аналогичен по устройству и принципу действия блоку защиты выпрямителя ВД-306.

В целях обеспечения высокого качества сварочного процесса выпрямитель ВД-502-2 снабжен стабилизатором напряжения, который обеспечивает постоянное значение выходного напряжения при колебаниях напряжения сети.

Наличие дистанционного пульта у выпрямителя ВД-502-2 позволяет управлять им на расстоянии. На пульте расположены выключатель сети и рукоятка регулятора сварочного тока. Лицевая панель выпрямителя ВД-502-2 аналогична лицевой панели выпрямителя ВД-306. Технические характеристики сварочных выпрямителей с падающей внешней характеристикой приведены в табл.

Источник

Внешние характеристики выпрямителя

Внешней или нагрузочной характеристикой вы­прямителя называют зависимость напряжения на нагрузке U_H от тока нагрузки Iн

Характер этой зависимости можно уяснить из рис. 99.

Рис. 99. Эквивалентная схема выпрямителя и его внешние характеристики

Выпрямитель можно рассматривать как источник напряжения постоянного тока с некоторой эквивалентной ЭДС, равной напряжению холостого хода U_xx, (напряже­нию на выходе выпрямителя при токе нагрузки Iн = 0) и внутренним сопротивлением R_вн,

Из эквивалентной схемы следует, что

Выражение показывает, что с ростом выпрямлен­ного тока Iн падение напряжения на Rвн увеличивается и напряжение Uн, на нагрузке уменьшается. Сопротивление диодов в прямом направлении зависит от тока, поэтому внешняя характеристика Iн = f(Uн) является нелинейной. Однако при малом сопротивлении цепи выпрямителя эта нелинейность может быть слабо выражена.

На внешних характеристиках выпрямителя кри­вая 1 без сглаживающего фильтра и кривая 2 с емкостным фильтром. Кривая 2 расположена выше. Это объясняется тем, что при наличии емкостного фильтра в режиме холо­стого хода (при Iн = 0) конденсатор Сф заряжается до ам­плитудного значения выпрямленного напряжения U_H = U_2m, что по величине больше, чем среднее значение выпрямленного напряжения в отсутствие сглаживающего фильтра. Примерно такая же картина будет и при применении Г-образного или П-образного фильтров.

Дата добавления: 2015-09-11 ; просмотров: 2363 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Внешние характеристики выпрямителей

Трехфазные выпрямители

Трехфазные выпрямители применяют как выпрямители средней большой мощностей. Существует два основных типа выпрямителей: нейтральным выводом и мостовой.

На рис. 9а изображена схема трехфазного выпрямителя нейтральным выводом. В него входят: трехфазный трансформатор, (обмотки которого соединены звездой, три диода, включенные в каждую изфаз трансформатора, и нагрузочный резистор R_н.

Работу выпрямителя удобно рассматривать с помощью времен-ix диаграмм, представленных на рис. 9б. Из рисунка видно, что диоды работают поочередно, каждый в течение трети периода, когда потенциал начала одной из фазных обмоток (например, а) более положителен, чем двух других (bи с). Выпрямленный ток в нагрузочном резисторе R_H создается токами каждого диода, имеет одно и то же направление и равен сумме выпрямленных токов каждой из фаз: i_н=i_a+i_b+i_c.

В нагрузочном токе i_н этого выпрямителя пульсации значительно меньше по

сравнению с однофазным выпрямителем.

Средний и максимальный прямой ток диодов определяется выражением:

Коэффициент пульсаций равен 0,25

Среднее значение выпрямленного напряжения, как для однофазного выпрямителя:

Максимальное обратное напряжение на каждом закрытом диоде равно амплитудному значению линейного напряжения:

Трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом служит для питания нагрузочных устройств, в которых средние значения выпрямленного тока доходят до сотен ампер, а напряжение до десятков киловольт. Достоинством такого выпрямителя является достаточно высокая надежность, что определяется минимальным количеством диодов. К недостаткам следует отнести подмагничивание сердечника трансформатора

постоянным током, что приводит к снижению к.п.д.

Трехфазный мостовой выпрямитель по всем показателям превосходят рассмотренный ранее трехфазный выпрямитель (Рис. 10а).

ток возникает в цепи диод Д₁— нагрузочный резистор R_н — диод Д₄,так как к этим диодам приложено линейное напряжение u_аb которое в этот интервал времени больше других линейных напряжений. В интервал времени t₂ — t₃ открыты диоды Д₁,Д₆, так как к ним приложено наибольшее в это время линейное напряжение u_ас и т. д. Нетрудно видеть, что во все интервалы времени токи в нагрузочном резисторе R_H имеют одно и то же направление.

Из временных диаграмм рис. 10б видно, что пульсации выпрямленного напряжения значительно меньше, чем в трехфазном выпрямителе с нейтральным выводом. Для трехфазного мостового выпрямителя разложение кривой напряжения (рис. 10б) в ряд Фурье приводит к выражению:

Коэффициент пульсаций равен 0,057

Среднее значение выпрямленного напряжения в рассматриваемом выпрямителе в два раза больше, чем в выпрямителе с нейтральным выводом:

U_{н. ср.}= U_2лcos wt dwt = U_2л = U₂ » 2,34U₂

где U_2л— линейное напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

Как и в трехфазном выпрямителе с нейтральным выводом, максимальное кратное напряжение здесь равно амплитудному значению линейного напряжения. Однако по отношению к среднему выпрямленному напряжению в мостовом выпрямителе оно в два раза меньше:

U_{обр. max} = U_{p max} » 1,045U_{н. ср}

Следовательно, диоды в данном выпрямителе можно выбирать по обратному напряжению, близкому к U_н, _ср. К.п.д. выпрямителя А. Н. Ларионова больше, чем к.п.д.. выпрямителя с нейтральным выводом, так как в мостовом выпрямителе нет подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током.

Внешние характеристики выпрямителей

Внешней характеристикой выпрямителя называют зависимость напряжения на нагрузочном устройстве от тока в нем: Uн=f (I_н).

Наличие такой зависимости обусловлено тем, что в реальном выпрямителе сопротивления диодов и обмоток трансформатора не равны нулю, а имеют конечные значения. На этих сопротивления от выпрямленного тока I_н создается падение напряжения, приводящее к уменьшению напряжения U_н.

В выпрямителе без фильтра напряжение U_н и нагрузочный токсвязаны между собой соотношением

где U_н.х — напряжение на нагрузочном устройстве при I=0На рис. 11 изображена зависимость U_н=f(I_н) выпрямителе без фильтра (кривая 1). Как видно, кривая 1 нелинейна, что объясняется нелинейным характером вольт-амперной характеристики диода, т. е. зависимостью R_пр от тока.

Кривая 2 на рис. 11 соответствует выпрямителю с емкостным фильтром. При I_н=0 кривая берет свое начало из точки на оси ординат, соответствующей напряжению U_2m=U₂ , так как в отсутствие тока I_н конденсатор С_ф заряжается до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки u₂. С ростом тока нагрузки I_н кривая 2 спадает быстрее, чем кривая 1, что объясняется не только увеличением падения напряжения на вторичной обмотке трансформатора и прямом сопротивлении диода, но и уменьшением постоянной времени разряда τ_разр.= R_нС_ф, обуславливающим дополнительное снижение среднего значения выпрямленного напряжения U_н. При увеличении R_н кривая 2 будет ассимптотически

стремиться к кривой 1и при I_н=0 они придут в одну точку на оси абсцисс.

Внешняя характеристика Г-образного RС-фильтра (кривая 3 на рис. 11) имеет еще более крутой наклон, чем кривая 2. Это вызвано дополнительным падением напряжения на последовательно включенном резисторе R_ф

Источник

Внешняя характеристика выпрямителя

5 Какие типы фильтров применяют для улучшения гармонического состава выходного напряжения автономных инверторов?

Индуктивный сглаживающий фильтр

Индуктивный фильтр состоит из дросселя, включенного последовательно с нагрузкой. Под дросселем подразумевается обычная катушка, характеризующаяся определённой индуктивностью. Сглаживающее действие такого фильтра основано на возникновении в дросселе ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению выпрямленного тока. Дроссель выбирается так, чтобы индуктивное сопротивление его обмотки( )было больше сопротивления нагрузки . При выполнении этого условия большая часть переменной составляющей падает на обмотке дросселя.На сопротивлении нагрузки выделяется в основном постоянная составляющая выпрямленного напряжения и переменная составляющая, величина которой намного меньше переменной составляющей напряжения, падающего на обмотке дросселя.

Коэффициент сглаживания такого фильтра равен

— сопротивление нагрузки

— индуктивность обмотки дросселя

— угловая частота

— коэффициент зависящий от схемы выпрямителя и показывающий, во сколько раз частота основной гармоники выпрямленного напряжения больше частоты тока сети.

Емкостной сглаживающий фильтр

Емкостной фильтр рассматривают не отдельно, а всегда совместно с таким прибором, как выпрямитель.Его действие основано на накоплении электрической энергии в электрическом поле конденсатора[6] и его разряде при отсутствии тока через вентиль на сопротивление нагрузки . Причём конденсатор подключается параллельно к нагрузке. Конденсатор имеет следующее реактивное сопротивление , где это ёмкость конденсатора. Коэффициент сглаживания такого фильтра будет следующим:

( ) ( )

К(1)-коэффициент пульсаций на входе выпрямителя при отсутствии ёмкости

К(2)-коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя при наличии ёмкости.

При увеличении m коэффициент сглаживания индуктивного фильтра увеличивается, а емкостного уменьшается. Поэтому емкостной фильтр выгодно применять при выпрямлении однофазных, а индуктивный при выпрямлении многофазных токов.При увеличении сглаживающее действие емкостного фильтра увеличивается, а индуктивного уменьшается. Поэтому емкостной фильтр выгодно применять при малых, а индуктивный при больших токах нагрузки.

Наиболее широко используют Г-образный индуктивно-емкостной фильтр. Для сглаживания пульсаций таким фильтром необходимо, чтобы емкостное сопротивление конденсатора для низшей частоты пульсации было много меньше сопротивления нагрузки, а также много меньше индуктивного сопротивления дросселя для первой гармоники.

При выполнении этих условий, пренебрегая активным сопротивлением дросселя, коэффициент сглаживания такого Г-образного фильтра будет равен

Так как -собственная частота фильтра, то

Одним из основных условий выбора и является обеспечение индуктивной реакции фильтра. Такая реакция необходима для большей стабильности внешней характеристики выпрямителя, а также в случаях использования в выпрямителях германиевых, кремниевых[8] или ионных вентилей.

Для обеспечения индуктивной реакции необходимо выполнение неравенства

При проектировании фильтра необходимо также обеспечить такое соотношение реактивных сопротивлений дросселя и конденсатора, при которых не мог бы возникнуть резонанс на частоте пульсаций выпрямленного напряжения и частоте изменения тока нагрузки.

П-образный фильтр можно представить в виде двухзвенного, состоящего из емкостного фильтра с ёмкостью и Г-образного с и .

Коэффициент сглаживания такого фильтра будет равен:

В П-образном фильтре наибольшей величины коэффициент сглаживания достигает при равенстве емкостей

При необходимости обеспечения большого коэффициента сглаживания целесообразно применение многозвенного фильтра. Коэффициент сглаживания такого фильтра будет равен :

При необходимости обеспечения большого коэффициента сглаживания целесообразно применение многозвенного фильтра. Коэффициент сглаживания такого фильтра будет равен :

то есть общий коэффициент сглаживания будет равен произведению коэффициентов сглаживания всех соединённых фильтров.

Если все звенья фильтра состоят из одиннаковых элементов ( ; ), что наиболее целесообразно, то

и

где — коэффициент сглаживания каждого звена; , — соответственно индуктивность и емкость каждого звена; n — число звеньев.

В выпрямителях[9] малой мощности в некоторых случаях применяют фильтры, в состав которого входит активное сопротивление и ёмкость. В таком фильтре относительно велико падение напряжения и потери энергии на резисторе , но габариты и стоимость такого фильтра меньше, чем индуктивно-емкостного. Коэффициент сглаживания такого фильтра будет равен:

Значение сопротивления фильтра определяется исходя из оптимальной величины его коэффициента полезного действия. Оптимальное значение КПД лежит в пределах от 0.6 до 0.8. Расчёт П-образного активно-емкостного фильтра производится так, как и в случае П-образного LC — фильтра, путём разделения этого фильтра на емкостной и Г-образный RC-фильтры.

Какие типы фильтров применяют для улучшения гармонического состава выходного напряжения автономных инверторов?

6 Определить параметры дросселя и конденсатора сглаживающего Г-образного фильтра, включенного на выходе однофазного мостового выпрямителя, если коэффициент пульсаций на нагрузке составляет 0.5%.

где k_п – коэффициент пульсаций;

g*m – пульсность схемы (для однофазного мостового выпрямителя равно 2).

k_п = 2/3 = 0,66 = 66 %.

Полученный коэффициент пульсации является выходным для выпрямителя, а значит входным для фильтра. А коэффициент пульсаций на нагрузке является выходным для фильтра, соответственно можно найти коэффициент сглаживания пульсаций q.

q = 0,66 / 0,005 = 132;

LC = (q + 1)/((g*m*ώ)^2);

LC = (132+1)/((2* ώ)^2)=133/(4* ώ^2).

Зная ώ, сможем подобрать L и C таким образом, чтобы условие выполнялось.

7. Где применяются RC-фильтры?

Рис. 1.52. Фильтр высоких частот.

Фильтры высоких частот. На рис. 1.52 показан делитель напряжения, состоящий из конденсатора и резистора. Согласно закону Ома для комплексных величин,

(Окончательный результат получек после умножения числителя и знаменателя на комплексное число, сопряженное знаменателю.) Итак, напряжение на резисторе R равно

Чаще всего нас интересует не фаза, а амплитуда U_вых:

Сравните полученный результат с выражением для резистивного делителя:

Итак, если не принимать во внимание сдвиг фаз, а рассматривать только модули комплексных амплитуд, то «отклик» схемы будет определяться следующим образом:

Рис. 1.55. Частотная характеристика фильтра высоких частот.

В качестве примера рассмотрим фильтр, показанный на рис. 1.57. Это фильтр высоких частот с точкой перегиба 3 дБ на частоте 15,9 кГц. Импеданс нагрузки, подключаемой к фильтру, должен быть значительно больше 1 кОм. иначе нагрузка будет искажать выходное напряжение фильтра. Источник сигнала должен обеспечивать возможность подключения нагрузки 1 кОм без значительной аттенюапии (потери амплитуды сигнала), иначе фильтр будет искажать выход источника сигнала.

Рис. 1.57. Рис. 1.58. Фильтр низких частот.

Рис. 1.59 Частотная характеристика фильтра низких частот.

Рис. 1.60. Фазочастотная и амплитудно-частотная характеристики фильтра низких частот, изображенные в логарифмическом масштабе. В точке 3 дБ фазовый сдвиг составляет 45° и в пределах декады изменения частоты лежит в пределах 6° от асимптотическою значения.

U_вх = RC d/dt sinωt = ωRCcosωt.

Отсюда U_вых « U_вх, если ωRC « 1, т.е. RC « 1/ω. Если входной сигнал содержит некоторый диапазон частот, то условие должно выполняться для самых высоких частот входного диапазона.

Источник