Магнитные цепи Электрические машины

Теория цепей. Магнитные цепи Основы теории электромагнитного поля

Двухполупериодные выпрямители

 5.2.1 Выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора.

Схема выпрямителя показана на рис. 6.2,а. Каждый вентиль питается от своего участка симметричной вторичной обмотки трансформатора. Поскольку напряжения на крайних выводах вторичной обмотки одинаковы и противофазны, этот выпрямитель иногда называют двухфазным. Напряжение на нагрузке этого выпрямителя — однополярное, кусочно-синусоидальное пульсирующее рис. 6,2,б. Таким же является и ток в нагрузке.

Среднее напряжение на нагрузке определяется формулой

Ucp = U0 = 2U2m/π.

Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора (на ее одной половине)


Максимальное обратное напряжение каждого вентиля составит

Uобр.m = 2U2m = π Ucp = π U0.

Аналогично определяется среднее значение тока в нагрузке за период

 Действующее значение тока, протекающего через каждый вентиль, определяем как среднеквадратичное значение тока за период

I2 = IB = I2m/2.

Подставляя значение I2 для двухполупериодного выпрямителя, получаем:

I2 = IB = I2m /2 = π Icp/4 = π I0 /4.

На этот ток и следует рассчитывать диаметр провода вторичной обмотки. В нагрузке ток вдвое больше, поскольку токи двух вентилей суммируются.

Расчетную мощность вторичной обмотки трансформатора удается определить несколькими способами. Можно взять суммарное напряжение вторичной обмотки 2U2 и помножить на ток фазы I2. Поскольку  то

Можно также напряжение фазы U2 помножить на суммарный ток 2I2 или взять произведение напряжения фазы на ток фазы и результат удвоить. Во всех случаях мы получим один и тот же результат.

Далее определяют расчетную мощность первичной обмотки трансформатора Т, считая его КПД = 1:

P1 = U1I1 = U2I2.

При  и  получаем:

Поделим Р2 на Р1:

Р2/Р1 = 1,74/1,23 = 1,41.

Таким образом, вторичная обмотка должна быть рассчитана на мощность, в 1,4 раза большую, чем первичная.

Габаритная мощность трансформатора (без учета КПД) равна полусумме мощностей первичной и вторичной обмоток:

Рг = (Р1 + Р2)/2 = Р0 (1,23 + 1,74)/2 = 1,49 Р0.

Коэффициент пульсаций для двухполупериодного выпрямителя так же, как и для многофазных выпрямителей, находят по формуле КР = 2/(m2 - 1), где m — число импульсов тока в нагрузке за период. Для двухфазного выпрямителя m = 2 и КP = 2/3 или ≈ 7%.

 

5.2.2. Однофазный мостовой выпрямитель

Его схема показана на рис. 5.3,а. Форма напряжения и тока в нагрузке совпадает с аналогичными формами для двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора (см. рис. 6.2,б). Хотя в этом выпрямителе только одна вторичная обмотка трансформатора (поэтому он и называется однофазным), в нагрузке выделяются обе полуволны тока, следовательно, выпрямитель двухполупериодный.

Среднее и действующее напряжения на нагрузке определяют по тем же формулам, что и для двухполупериодного выпрямителя:

Обратное напряжение на вентилях определяют следующим образом:

Среднее значение тока соответствует выведенному для двухполупериодного выпрямителя:

Действующее значение тока через вентиль определяется формулой

IB = I2m /2 = π Icp /4 = π I0/4.

Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора

.

Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора составит

=1,23Р0

Мощности первичной и вторичной обмоток для мостового выпрямителя равны. Коэффициент пульсаций такой же, как для предыдущей схемы.

Теперь определим условный КПД для каждого из трех рассмотренных выпрямителей, как отношение полезной мощности в нагрузке к расчетной мощности вторичной обмотки трансформатора.

Однополупериодный выпрямитель:

.

Выпрямитель с выводом средней точки трансформатора:

Однофазный мостовой выпрямитель:

Теперь видно, что наилучшие параметры у мостового выпрямителя, поэтому его широко применяют в устройствах малой и средней (до 1 кВт) мощности. Его достоинства: лучше используются обмотки трансформатора, обратное напряжение вентилей вдвое меньше, максимален условный КПД. К недостаткам мостового выпрямителя относится большое число вентилей.

Несинусоидальные воздействия в электрических цепях Причины возникновения несинусоидальных токов. Способы представления периодических несинусоидальных величин. Действующие и средние значения несинусоидальных величин. Анализ линейных электрических цепей несинусоидального тока. Применение метода суперпозиций. Мощность электрических цепей несинусоидального тока.
Расчет однотактного каскада усилителя мощности