ИЗСЛЕДВАНЕ НА ИЗПРАВИТЕЛНИ ВЕРИГИ
Целта на работатае да се проучат принципът на действие и свойствата на полупроводниковите токоизправители.
Подготовка:
1. Научете принципа на работа на петте основни изправителни вериги.
2. Запознайте се с параметрите на изправителните вериги.
3. Запознайте се с методиката за измерване на основните параметри на веригите и съставете протокол за изпитване.
1. Определяне на основните параметри на токоизправителните вериги.
2. Измерване на товарни характеристики на токоизправители.
1. Схеми и графики, обясняващи принципа на действие на токоизправителите.
2. Схема на измерванията.
3. Таблици с регистрация на изчисляване и измерване на параметри и характеристики на натоварване на токоизправители.
5. Изводи по отделните етапи на работа.
6. Протокол от изпитване.
1. ОБЩИ ПОЛОЖЕНИЯ
За захранване на автоматизирани и комуникационни устройства е необходима постоянна електрическа енергия. Преобразуването на енергията на променлив ток в постоянен ток се извършва с помощта на токоизправители, направени върху нелинейни елементи (клапани) с едностранна проводимост. В момента като вентили се използват главно полупроводникови диоди (германий или силиций), както и управляеми диоди - тиристори.
В резултат на преобразуването на променлив ток на изхода на токоизправителя се получава пулсиращ ток, който съдържа постоянен и променлив компонент. Променливият компонент на тока има несинусоидална форма и може да бъде представен като сума от хармонични компоненти (хармоници) с честоти, кратни на основната честота. Хармониците могат да попречат на захранваното оборудване и дори напълно да нарушат работата му. Максималните моментни стойности на променливия компонент на ректифицирания ток се определят главно от амплитудата на първия хармоник, който езначително по-висок от всички останали.
Големината на хармониците на променливия компонент до голяма степен зависи от схемата на коригиране. Следователно, когато проектират токоизправители, те са склонни да избират верига за коригиране, която би осигурила минималната стойност на променливия компонент. Допълнителното потискане на променливата съставка се осъществява чрез изглаждащи филтри, включени на изхода на токоизправителя.
Коригиращите вериги се характеризират със следните основни параметри:
- постоянна съставка на напрежениетоU0, която може да се представи като средна стойност на напрежението на изхода на токоизправителя;
- амплитуда на напрежението на първия хармоник на променливата съставкаU1;
- честота на първия хармоникƒ1;
- броя на фазите на коригиране, къдетоpе броят на захранващите фази,qе броят на коригираните полупериоди. Този спомагателен параметър, който характеризира броя на пулсациите на изправеното напрежение по време на периода на мрежовото напрежение, ви позволява да определите други параметри;
- коефициент на пулсации, който се характеризира със съотношението на напреженията на амплитудата на първия хармоник на променливия компонент към постоянния компонент.
Степента на потискане на променливия компонент от филтъра се оценява чрез коефициента на филтрация,
къдетоU1 иU1out са амплитудите на напрежението на първия хармоник на входа и изхода на филтъра.
2. КЛАСИФИКАЦИЯ НА ИЗПРАВИТЕЛНИТЕ ВЕРИГИ
За да се обясни принципът на действие на различни схеми за коригиране, както и да се сравнят и оценят техните свойства, се използва определена система за класификация. В този случай всички вериги за коригиране се характеризират с броя на фазите на захранващата мрежа, броя на рамената и броя на групите вентили.
Захранващата мрежа може да бъдемонофазнаилитрифазна.
Ориз. 1.Еднораменни и двураменни схеми за изправяне
Ако към краищата на намотките на трансформатора е свързан един вентил или група вентили от една и съща посока, тогава веригата за коригиране се наричаедногрупова(фиг. 2, а).
Ориз. 2. Едногрупови и двугрупови изправителни вериги
Понастоящем входните трансформатори може да не присъстват в токоизправителните вериги, но тази класификация е полезна за изучаване на принципа на работа на токоизправителите.
РАБОТА НА РЕКТИФИКАЦИОННАТА ВЕРИГА
Удобно е да се разгледа принципът на работа на токоизправителните вериги с резистивен товар, като се приеме, че се използват трансформатори без загуби и идеални вентили. В този случай няма да има фазови измествания между токове и напрежения, формите на кривите на тока и напрежението ще съвпадат и можем да се ограничим до разглеждане само на естеството на промяната на напрежението.
Липсата на загуби в трансформатора и вентилите ни позволява да приемем, че моментните стойности на напрежението върху товара са равни на съответните напрежения на вторичната намотка на трансформатора.
1. Еднофазна полувълнова изправителна верига е показана на фиг. 2, а, и в по-удобен за класифициране вид - на фиг. 2б. На фиг. 2, в са показани времедиаграми на напреженията върху вторичната намотка на трансформатораUII и върху товараUn, който се състои от постояненU0 и променлив компонент.
По време на полупериода, когато има положителен потенциал в горния край на вторичната намотка на трансформатора, диодътVD1 ще бъде отворен, ток тече в товара. По време на другия полупериод диодътVD1 е затворен, няма ток в товара. Следователно веригата осигурява коригиране на половин вълна.
Основните параметри на схемата на полувълнов токоизправителm= 1,ƒ= 50 Hz. НамаленаПреди това формулата за изчисляване на коефициента на пулсации не е достатъчно точна за тази схема, точното изчисление и измерване дава стойностnn = 1,57 (тези данни трябва да бъдат въведени в таблица 1).
Характеристика на схемата е: проста в изпълнение; много голяма стойност на променливия компонентU= 1.57U0; ниска честота на първия хармоник, което усложнява дизайна на изглаждащия филтър, за да го потисне; ниско използване на намотките на трансформатора, които работят през един полупериод; наличието на принудително магнетизиране на ядрото на трансформатора, което води до увеличаване на неговите размери. Схемата се използва главно в токоизправители с ниска мощност.
2. Еднофазна двуполовълнова изправителна верига е показана на фиг. 3, а, б, на фиг. 3в показва диаграмите на напрежението.
По време на полупериода, когато има положителен потенциал в края на горната полунамотка спрямо средната точка, диодътVD1 се отваря, токът протича през съпротивлението на товара. ДиодVD2 е затворен. По време на друг полупериод диодVD2 се отваря (VD1 е затворен) и токът протича в същата посока през съпротивлението на товара. Така по време на всеки полупериод работят една полунамотка и един диод. Токът в товара протича през двата полупериода. Веригата осигурява пълновълново изправяне.
Електрическите характеристики на еднофазна пълновълнова изправителна верига (m,ƒ1,np) трябва да бъдат изчислени и въведени в таблица 1.
Характеристики на схемата: проста в изпълнение; въпреки че изисква две полунамотки на трансформатора; вторичната намотка се използва неефективно (всяка половина от намотката работи по време на половин цикъл); високо обратно напрежение на затворен диод(Urev=2UII).
Изправителната верига се използва в токоизправители за ниски напрежения и големи токове на натоварване.
3. Еднофазна мостова верига (схема на Graetz) е показана на фиг. 4, а, б. На фиг. 4в показва диаграмите на напрежението.
Когато възникне потенциална разлика в краищата на вторичната намотка, съответните два диода (VD2,VD4) се отварят и токът протича през товарното съпротивление. Когато полярността на напрежението във вторичната намотка е обърната,
другите два диода (VD3,VD1). Токът ще тече в товара по време на двата полупериода. Веригата е пълновълново изправяне.
По отношение на електрическите параметри веригата е идентична с еднофазна верига с две половин вълни, ако напрежението във вторичната намотка е равно на напрежението на полунамотките на трансформатора на веригата с две половин вълни. Характеристики на схемата: проста в изпълнение; вторичната намотка се използва ефективно; обратното напрежение на затворен диод е равно на половината от напрежението на вторичната намотка на трансформатора, тъй като се прилага към два последователно свързани диода.
Веригата на мостовия токоизправител се използва широко в токоизправителни устройства с ниска мощност.
4. Трифазна еднополовълнова изправителна верига (схема на Миткевич) е показана на фиг. 5, а. На фиг. 5, b показва диаграмите на напрежението.
Когато най-големият положителен потенциал се появи в края на фазовата намотка спрямо общата точка 0, съответният диод се отваря и токът ще тече през товара. Всеки диод е отворен за 1/3 от цикъла. Веригата осигурява едно половин вълново изправяне.
По аналогия с предишните диаграми трябва да се изчислят електрическите параметри (m,ƒ1,nn) схеми и ги въведете в таблицата. 1.
Характеристиките на трифазна верига за изправяне на половин вълна са: голямо обратно напрежение върху диодите; нисък коефициент на използване на намотките на трансформатора; принудително отклонение на сърцевината; при неравномерно натоварване на фазите могат да възникнат вълни с честотата на захранващата мрежа.
Веригата може да се използва в токоизправители със средна мощност, но поради тези недостатъци не се използва широко.
5. Трифазна мостова схема (схема на Ларионов) е показана на фиг. 6, а. На фиг. 6, b показва времевите диаграми на напреженията.
Когато възникне най-голямата потенциална разлика между краищата на две фазови намотки (например между I и II), два диода се отварят (VD2,VD3) и токът протича през товара. Тогава, когато има най-голяма потенциална разлика между краищата на I и III намотка, се отварят диодитеVD2,VD5 и т. н. В този случай всеки диод пропуска ток за 1/3 полупериод, като работи редуващо се с другите два диода. Всяка фазова намотка създава ток в товара по време на двата полупериода на напрежението. Следователно веригата осигурява пълновълново изправяне. В същото време върху товара се появява и пулсиращо напрежение поради промяна в големината на моментните стойности на напрежението между краищата на фазовите намотки. Подобно на предишните е необходимо да се изчислят електрическите параметри на веригата и да се въведат в табл. 1.
Характеристика на трифазната мостова изправителна верига е: добро използване на намотките на трансформатора; висока честота на първия хармоник, което осигурява възможност за добро филтриране на променливия компонент.
Трифазната мостова схема е най-широко използвана в токоизправители със средна и висока мощност.