Работа неуправляемого выпрямителя на активную нагрузку

Работа неуправляемого выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку

Активно-индуктивный характер нагрузки выпрямительного устройства реализуется при использовании дросселя в качестве первого элемента пассивного сглаживающего фильтра, то есть при использовании фильтров типа LC.

При подаче на дроссель индуктивностью L гармонического напряжения и2 = U2max ? sin$ (см. уравнение (2.1)) через обмотку дросселя течет переменный ток iL, который на обмотках дросселя наведет ЭДС самоиндукции eL, равную :

Закон Ома для неоднородного участка цепи, представленного обмоткой дросселя, можно записать:

где / — сила ток, текущего по участку цепи с сопротивлением R, U — падение напряжения на участке цепи, ? — ЭДС, действующая на этом участке цепи. Для дросселя, сопротивление которого мало (R -> 0), уравнение (2.41) можно записать в следующем виде:

Из уравнения (2.43) следует, что:

Домножив на ы числитель и знаменатель данное выражение, получают:

Величина o)L представляет собой индуктивное сопротивление дросселя. Естественно, что для постоянного тока (о) = 0) величина индуктивного сопротивления a)L равна нулю. Однако с ростом частоты протекающего через обмотку дросселя тока индуктивное сопротивление дросселя увеличивается.

Интегрирование выражения (2.44) для тока, протекающего через дроссель, позволяет получить следующее уравнение:

Учитывая, что постоянная составляющая силы тока iL отсутствует. В выражении (2.45) константу интегрирования следует прировнять нулю, то есть Const = 0, что позволяет выражение (2.45) записать в виде:

Учитывая, что в соответствии с формулой привидения:

уравнение (2.46) можно записать в виде:

Из уравнения (2.49) можно получить, что U2rnax = ‘ hmax• После

подстановки этого соотношения в уравнение (2.43) (с учетом, что левая часть есть не что иное как напряжение на дросселе) получают:

Из сравнения уравнений (2.50) и (2.48) следует, что ток iL, протекающий через дроссель, отстает от напряжения на нем, то есть наблюдается временное отставание изменения тока от изменения напряжения. Этот факт в значительной степени определяет особенность работы выпрямительных устройств на активно-индуктивную нагрузку.

Каждый электрик должен знать:  Кто отключает электроэнергию в частном доме

Работой ВУ на нагрузку, имеющую активно-индуктивный характер, называют такой режим, когда первый элемент ВУ, расположенный за вентильной группой (рис. 2.22), является элемент, обладающий индуктивным сопротивлением, например, дроссель.

В качестве примера можно рассмотреть схему однофазного однопо- лупериодного однотактного ВУ, у которого сглаживающий элемент начинается с дросселя (рис. 2.22) и питающегося переменным напряжением щ, изменяющимся во времени по гармоническому закону.

Рис. 2.22. Схема ВУ, работающего на активно-индуктивную нагрузку

На рис. 2.23, а показано напряжения и2 = U2 тах ‘ sin $ на вторичной обмотки сетевого трансформатора Т1.

Надо отметить, что наличие индуктивности в электрической цепи, по которой протекает изменяющийся ток, приводит к временному отставанию изменения тока от вызвавшего его изменения напряжения.

Это обусловлено наведением на обмотке дросселя L1 ЭДС индукции sL1 определяемой соотношением:

где L — индуктивность дросселя, iL1 — сила электрического тока, протекающего по обмотке дросселя, t — время.

Знак «-» в формуле (2.51) показывает, что ЭДС индукции имеет полярность, которая противодействует изменению тока iL1, протекающего по обмотке дросселя. Это утверждение называют правилом Ленца.

Таким образом, при возрастании тока iL1, протекающего по обмотке дросселя, ЭДС индукции eL1 направлена навстречу напряжению и2 на вторичной обмотке транзистора Т1. На рис. 2.22 полярность sL1 в этом режиме указана без скобок.

Во время положительного полупериода по мере роста и2 сила электрического тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора 7Т, возрастает и увеличивается ЭДС индукции eL1, которая в соответствии с правилом Ленца отрицательна (рис. 2.23, б).

Рис. 2.23. Характерные данные для ВУ, работающего на активно-индуктивную нагрузку

Надо подчеркнуть, что сила тока вторичной обмотки трансформатора i2, сила тока iVD1 диода VD1 и сила тока iL1 обмотки дросселя L1 равны силе тока i, протекающему через нагрузку RH, то есть:

Каждый электрик должен знать:  Как сделать простой сварочный аппарат своими руками

Возрастание силы тока i0 происходит до момента тдг. При д > sL1 становится положительной (на рис. 2.22 она указана в скобках) и энергия, накопленная в электромагнитном поле дросселя, затрачивается на поддержание протекания тока по обмотке дросселя в прежнем направлении.

И даже в момент времени д = л, когда полярность и2 становится отрицательной ЭДС индукции eL1 обеспечивает протекание тока в обмотке дросселя, а значит и во всей цепи нагрузки, в прежнем направлении.

В момент д = д2 значение энергии в электромагнитном поле дросселя полностью расходуется и ток iL1 становится равным нуля.

В интервале от 0 до д2 диод VD1 находился в проводящем состоянии и, следовательно, падение напряжения на нем uVD1 равно нулю (рис. 2.23, д).

При д = д2 диод VD 1 выключается и к нему прикладывается мгновенное напряжение и2 на вторичной обмотке трансформатора Т1, то есть на интервале от д2 до 2л uVD1 = и2.

В момент = 2п полярность напряжения и2 изменяется (на рис. 2.22 указана без скобок), диод VD 1 включается и все процессы повторяются.

Таким образом, можно сформулировать особенности работы ВУ, работающего на активно-индуктивную нагрузку.

  • 1. Сила тока в цепи нагрузки i0 возрастает медленнее чем, вызвавшее его напряжение на вторичной обмотке трансформатора.
  • 2. Пульсации мгновенно выпрямленного напряжения и тока будут меньшими, чем у ВУ, работающего на активную нагрузку. Это объясняется тем, что время, в течении которого ток протекает через диод превышает л.
  • 3. Дроссель, включенный последовательно с нагрузкой RH и имеющий индуктивность L и активное сопротивление /?др, оказывает большое сопротивление лишь переменной составляющей тока, протекающего через обмотку дросселя. Очевидно, что для повышения сглаживающего эффекта необходимо увеличивать индуктивность дросселя, так чтобы:

Следовательно, чем больше постоянная времени т цепи, равная:

тем лучше сглаживающее действие фильтра.

Для определения коэффициента сглаживания Ксгл индуктивного фильтра можно воспользоваться эквивалентной схемой (рис. 2.24).

Выходное напряжение после вентильной группы представляет собой сумму двух составляющих: постоянной U0 и переменной и^.

Активное сопротивление обмотки дросселя /?др существенно меньше сопротивления нагрузки RH. Поэтому в дальнейшем /?др не учитывается.

По определению, коэффициент сглаживания пульсаций определяется отношением коэффициента пульсации Кпвх до фильтра к коэффициенту пульсаций Кп вых после фильтра, то есть:

Рис. 2.24. Эквивалентная схема индуктивного сглаживающего фильтра выпрямительного устройства

В свою очередь, КП вх и Кп вых определяются по формулам: и

где U1 тах — амплитуда первой гармоники напряжения на входе сглаживающего фильтра, U[ тах — амплитуда первой гармоники напряжения на выходе сглаживающего фильтра.

Теперь с учетом (2.56) и (2.57) выражение (2.55) для коэффициента сглаживания пульсаций рассматриваемого индуктивного фильтра можно записать:

В свою очередь для U1 тах и U[ тах можно записать, что

где 1г тах — амплитуда первой гармоникисилы тока протекающего в цепи, Z — полное сопротивление цепи,

Тогда выражение (2.58) можно записать в виде:

Из полученного выражения (2.59) можно получить

Из полученного выражение можно записать выражение для определения индуктивности L дросселя сглаживающего фильтра:

Полученную формулу для определения L дросселя можно упростить. Учитывая, что Ксгл » 1, то выражение (2.60) можно переписать в виде:

Из полученного выражения можно сделать вывод о практической реализации индуктивного сглаживающего фильтра. Для получения минимальной индуктивности СФ, а значит и минимальных его массогабаритных параметров, при заданном коэффициенте сглаживания пульсаций индуктивные СФ целесообразно применять при малых сопротивлениях нагрузки RH и в многофазных схемах выпрямления (со = ра)с, где а)с — частота сети; р — тактность).

Каждый электрик должен знать:  Как выбрать кабель для электрической проводки в доме
Добавить комментарий