Коцарев Н.Ф. Источники вторичного электропитания электронных и электромашинных устройств - файл n1.doc

Коцарев Н.Ф. Источники вторичного электропитания электронных и электромашинных устройств
скачать (9592.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc9593kb.20.11.2012 10:01скачать

n1.doc

  1   2   3



Н.Ф. Коцарев
ИСТОЧНИКИ

ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

ЭЛЕКТРОННЫХ И ЭЛЕКТРОМАШИННЫХ

УСТРОЙСТВ


Учебно-методическое пособие

Омск  2008

Федеральное агентство по образованию

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

Н.Ф. Коцарев

ИСТОЧНИКИ

ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

ЭЛЕКТРОННЫХ И ЭЛЕКТРОМАШИННЫХ

УСТРОЙСТВ


Учебно-методическое пособие

Омск

Издательство СибАДИ

2008


УДК

621.382.2/3

ББК

31.264.53

К

75



Рецензенты:

доц. А.А. Соловьев (ОмГАУ);

канд. техн. наук А.А. Сидоренко (НГАВТ)

Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебно-методического пособия по электронике для студентов 13 курсов всех специальностей.


Коцарев Н.Ф.

К 75 ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ И ЭЛЕКТРОМАШИННЫХ УСТРОЙСТВ: Учебно-методическое пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2008.  49 с.


ISBN 9785932044230


В учебно-методическом пособии рассмотрены основные типы выпрямительных устройств, описаны физические процессы, происходящие при преобразовании электрической энергии, приведены графоаналитические методы расчета выпрямленного напряжения при использовании неуправляемых и управляемых выпрямителей, рассмотрены различные способы борьбы с пульсациями.


Ил. 49. Библиогр.: 3 назв.

ISBN 9785932044230  Н.Ф. Коцарев, 2008
Введение
Для получения электрической энергии нужного вида часто приходится преобразовывать энергию переменного тока в энергию постоянного тока (выпрямление) и, наоборот, энергию постоянного тока  в энергию переменного тока (инвертирование). Выпрямление осуществляется с помощью устройств, называемых выпрямителями, а инвертирование производится инверторами.

Согласно ГОСТ 23413-75 выпрямители и инверторы являются источниками вторичного электропитания. Источник вторичного электропитания (ИВЭ) представляет собой средство, обеспечивающее электропитанием самостоятельные приборы или отдельные цепи комплекса электронной аппаратуры и электромашинных систем. Выпрямители бывают неуправляемые и управляемые. Неуправляемые выпрямители преобразуют переменное напряжение в постоянное неизменного значения. С помощью управляемых производится не только выпрямление, но и управление величиной выпрямленного напряжения.

В зависимости от рода первичного источника питания (сети переменного тока) выпрямители могут быть однофазными и многофазными (обычно трёхфазными).В зависимости от формы выпрямленного напряжения выпрямители подразделяют на одно- и двухполупериодные.
Неуправляемые выпрямители
Однофазный однополупериодный выпрямитель
Для выпрямления однофазного переменного напряжения широко используют три типа выпрямителей: однополупериодный и два типа двухполупериодных. В однополупериодном выпрямителе используется один электрический вентиль (диод). Для получения выпрямленного напряжения нужной величины используется трансформатор (рис. 1).

Будем считать, что трансформатор и диод идеальны, что позволит упростить анализ работы выпрямителя. В первый (положительный) полупериод, т.е. в интервале времени от 0 до, диод открыт и под воздействием напряжения через нагрузку протекает ток (рис. 2, б).

В интервале времени от до Т (отрицательный полупериод) диод закрыт, ток в цепи равен 0 , а к диоду приложено напряжение отрицательной полуволны U(рис. 2, в).

Среднее значение выпрямленного напряжения такого выпрямителя равно
U н.ср= U2sin = ;
U=.

Рис. 1. Однофазный однополупериодный выпрямитель
Ток в вентиле является током вторичной обмотки трансформатора. Среднее значение этого тока =0,45. Тогда действующее значение этого тока
I2 == 1,57 I н.ср .
Мощность трансформатора Р=2,22 Uн.ср 1,57Iн.ср = 3,5 Р н.ср. КПД выпрямителя низкий. Коэффициент пульсации Р есть отношение амплитуды первой гармоники к выпрямленному напряжению. Разложив вторичное напряжение в ряд Фурье, найдём
Р =.
Рассмотренный выпрямитель является простым устройством и применяется там, где коэффициент пульсации не играет большой роли (высокоомные нагрузочные устройства, допускающие большую пульсацию). Мощность таких выпрямителей не превышает 1015 Вт. Основным элементом выпрямителя является диод. Поэтому параметры диода должны соответствовать требованиям потребителей электроэнергии.



а

Т/2

Т


Р


б

в
ис. 2. Временные диаграммы напряжений однофазного однополупериодного

выпрямителя: а  входного; б  выпрямленного; в  обратного
Предельные параметры диодов. Прямой максимальный ток I гр. max , максимальная частота f max, максимальное обратное напряжение U. В случаях превышения этой частоты диоды теряют вентильные свойства. Для надёжной работы диодов необходимо, чтобы номинальные параметры работы были меньше предельно допустимых примерно на 30 %.

Если обратное напряжение превышает допустимое значение, то необходимо собрать последовательную цепь из диодов. Обратное напряжение будет распределяться между диодами пропорционально их обратным сопротивлениям. Поскольку эти сопротивления у однотипных диодов имеют значительный разброс, то и напряжение между ними распределится неравномерно.

Для выравнивания обратных напряжений параллельно диодам включают шунтирующие резисторы Rш (рис. 3). Обычно Rш = (0,1 – 0,2) Rобр.

Рис. 3. Выравнивание величины обратных напряжений

на последовательно включенных диодах

шунтирующими сопротивлениями
Ввиду низкого КПД и больших пульсаций выпрямленного напряжения (тока) однополупериодные выпрямители имеют ограниченное применение. Более совершенен выпрямитель двухполупериодный. Разумеется, он более сложен и требует больших материальных затрат при его создании. Однако его качества окупают эти затраты. Эти выпрямители бывают двух типов: с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора и мостовые. Рассмотрим оба типа этих выпрямителей.
Однофазный двухполупериодный выпрямитель

с выводом средней точки трансформатора
Трансформатор выпрямителя с выводом средней точки (рис. 4) имеет две вторичные обмотки, соединенные последовательно согласно, т. е. напряжение между точками а и б равно сумме напряжений на этих обмотках:
Uаб=U2.1 + U2.2 ,
где U2.1, U2.2 – действующие значения напряжений на вторичных обмотках трансформатора. За положительное направление напряжений вторичных обмоток условимся считать направление от нулевой точки к концам обмоток. Тогда положительному направлению напряжения на первой обмотке соответствует отрицательное направление напряжения на второй обмотке, и наоборот. К нагрузке подводятся две полуволны напряжений (рис. 5, б), причем относительно нагрузки эти напряжения имеют одинаковое направление.

Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке
Uн.ср=.
Величина среднего значения тока определяется из выражения
I=.
Максимальное обратное напряжение равно двум амплитудам вторичного напряжения:

U обр=.



а

0

б

Рис. 4. Однофазный двухполупериодный выпрямитель

с выводом средней точки
Ток в нагрузке распределяется между двумя диодами равномерно, поэтому ток вентиля равен половине тока нагрузки.
Iв= .
Расчет коэффициента пульсации дает значение Р=0,67.


а


б
Рис. 5. Временные диаграммы напряжений однофазного

двухполупериодного выпрямителя с нулевой точкой:

а  входных (на обмотках трансформатора);

б  выпрямленных (на нагрузке) и обратных
Из вышеприведенных расчетов видно, что напряжение и ток на выходе выпрямителя увеличились в 2 раза, возрос КПД, уменьшился коэффициент пульсации, что, конечно же, оправдывает увеличенные затраты на создание этого выпрямителя. К отрицательным показателям следует отнести увеличение обратного напряжения на диоде.
Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель
Этого недостатка лишен однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель (рис. 6). Он состоит из трансформатора и четырех диодов, подключенных ко вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме. К одной из диагоналей моста подсоединяется вторичная обмотка, к другой  нагрузочный резистор. Каждая пара диодов Д1,Д3 и Д2, Д4 работает поочередно. При положительном направлении тока от точки а к точке б ток течет по цепи аД1RД3б. По нагрузке ток течет слева направо. При отрицательном направлении (от б к а) ток течет по цепи бД4RнД2а. В обоих случаях ток протекает по нагрузке в одном и том же направлении.


а


б

Рис. 6. Однофазный двухполупериодный (мостовой) выпрямитель
Изменение напряжения на нагрузке и тока в ней демонстрируют их временные развертки (рис. 7, а, б). Средние значения выпрямленных токов и напряжений такие же, как и в выпрямителе с нулевой точкой.
Uн.ср= = 0,9U2 ; Iн.ср=0,9.
Из этих уравнений можно определить, что U2=. Среднее значение прямого тока диода в 2 раза меньше среднего значения тока нагрузки.
Iпр.ср = 0,5 Iн.ср ,
а действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора
I2 = 0,78 I н.ср =.

Из временных диаграмм видно, что максимальное обратное напряжение на диодах равно амплитуде вторичного напряжения трансформатора:
U обр. max = U2 max = 1,57 Uн.ср .
Максимальный ток диода
.


а

б

Рис. 7. Временные диаграммы входного (а)

и выпрямленного (б) напряжений однофазного

двухполупериодного мостового выпрямителя
Коэффициент пульсации такой же, как и в схеме с нулевой точкой Р = 0,67.

Сравнив эти типы выпрямителей, можно заключить, что выходные параметры Uн.ср I н.ср, Р у них одинаковы. Материальные затраты: у мостового выпрямителя 4 диода,у выпрямителя с нулевой точкой 2 диода.

Мостовой выпрямитель имеет трансформатор с двумя обмотками, тогда как двухдиодный выпрямитель требует трехобмоточный трансформатор. Преимуществом мостового выпрямителя является меньшее обратное максимальное напряжение на диоде. Однофазные двухполупериодные выпрямители применяют для питания нагрузочных устройств малой и средней мощностей.


  1   2   3


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации