Работа выпрямителя на активно-емкостную нагрузку

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций»

Шифр 153252

 

 

Выполнил: ст. гр. ТКбз-15

Зеленко А. В.

 

Проверил: доцент

Дружинин А. П.

 

Чита 2019

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………...3

1 Работа выпрямителя на активно-емкостную нагрузку……………………….4

2 Работа выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку…………………...13

Заключение…….…………………………………………………………………22

Список использованных источников…………………………………………...24

 

Введение

 

Преобразование переменного тока в пульсирующий называется выпрямлением, а сами преобразователи–выпрямителями.

Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

На предприятиях связи применяется широкая номенклатура вы­прямительных устройств. По своему назначению выпрямители можно условно подразделить на несколько групп. В одну группу входят выпрямители, предназначенные для работы с буферными батареями. Эти выпрямители рассчитаны также на заряд аккуму­ляторных батарей до напряжения 2,3... 2,35 В на один элемент. К другой группе относятся выпрямители, предназначенные для заряда и содержания аккумуляторных батарей. Применяются так­же так называемые зарядно-буферные выпрямители, которые обес­печивают как питание аппаратуры связи, так и заряд батарей до напряжений 2,6…2,7 В на один элемент. Эти выпрямители рас­считаны на малые мощности. Выпускаются выпрямители, которые предназначены для питания нагрузки без аккумуляторных бата­рей. Отдельную группу выпрямителей составляют электропита­ющие выпрямительные установки и блоки выпрямителей, предна­значенных в основном для электропитания сельских телефонных станций.

Мощность выпрямителей выбирается из ряда: 40; 16; 9; 4; 2 кВт и менее. Номинальные выходные напряжения соответству­ют следующим значениям: 24; 60; 120 и 220 В. По специальным требованиям выпускаются выпрямители на другие значения вы­ходного напряжения, однако они находят лишь частное приме­нение.

Работа выпрямителя на активно-емкостную нагрузку

Схема однофазного неуправляемого выпрямителя со средней точкой, в которой используется емкостной сглаживающий фильтр, показана на рисунке 1.1. Характерные диаграммы, поясняющие работу рассматриваемого устройства, приведены на рисунке 1.2.

 

Рисунок 1 - Схема выпрямителя со средней точкой, работающего на активно-емкостную нагрузку

Напряжения u₂₁ и u₂₂, индуцируемые на полуобмотках вторичной обмотки трансформатора Т1, равны по амплитуде и сдвинуты по фазе на угол (рис. 2.14, а), то есть:

u₂₁=U_2max·sin (1.1)

u₂₂=U_2max·sin (1.2)

На рисункe 1.2, б штриховой линией показана форма мгновенных значений выпрямленного напряжения u₀ на нагрузке, имеющей активный характер, а сплошной линией - для рассматриваемого активно-емкостного характера нагрузки.

При построении зависимости u₀ = f() для активно-емкостной нагрузки было учтено, что напряжение U_c на конденсаторе С1 отстает по времени от напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора.

К диодам VD1 и VD2 в любой момент времени приложена разность напряжения u₂₁ или u₂₂ на соответствующей полуобмотке и напряжения на конденсаторе U_c. Очевидно, что диоды VD1 и VD2 будут включены в интервале времени, когда к диоду приложено прямое напряжение, то есть когда мгновенное напряжение на полуобмотке больше мгновенного напряжения на конденсаторе.

В момент ₁ возрастающее мгновенное значение напряжения u₂₁ на верхней полуобмотке трансформатора становится равным уменьшающемуся мгновенному значению напряжения U_c на конденсаторе С1, то есть u₂₁ = Uc, что обеспечивает включение диода VD1 и начало протекания тока i_VD1 через него (рисунок 1.2, б).

В это время диод VD2 выключен, так как к нему приложено обратное напряжение, равное сумме напряжений u₂₂ и U_c.

При ₁ диод VD1 открыт и через него протекает ток i_VD1, равный выпрямленному току i₀ и току i₂₁ полуобмотки вторичной обмотки трансформатора. Конденсатор С1 заряжается (полярность указана на рисунку 1.1), его напряжение U_c, равное u₀, увеличивается. Падение напряжения на открытом диоде VD1 равно нулю (рисунок 1.2, г), так как принято, что вентили являются идеальными полупроводниковыми приборами. Амплитуда обратного напряжения на закрытом диоде VD2 практически равна удвоенной амплитуде напряжения на полуобмотке вторичной обмотки трансформатора U_2max.

В момент ₂ уменьшающееся мгновенное значение напряжения u₂₁ на верхней полуобмотке трансформатора становится равным возрастающему мгновенному значению напряжения U_c на конденсаторе С1, то есть u₂₁ = U_c, что обеспечивает выключение диода VD1, а значит сила тока, протекающего через диод VD1, уменьшается до нуля.

Следовательно, в интервале от ₁ до ₂ через диод VD1 протекает ток (рисунок 1.2, б).

При > ₂ оба диода VD1 и VD2 выключены (к ним приложено обратное напряжение), а значит, токи через них не протекают. Такой режим диодов сохранится до момента ₃.

В момент ₃ возрастающее мгновенное значение напряжения u₂₂ на нижней полуобмотке трансформатора становится равным уменьшающемуся мгновенному значению напряжения U_c на конденсаторе С1, то есть u₂₂ = U_c, что обеспечивает включение диода VD2 и начало протекания тока i_VD2 через него (рисунок 1.2, д).

В это время диод VD1 продолжает оставаться в выключенном состоянии, так как к нему приложено обратное напряжение, равное сумме напряжений u₂₁ и U_c.

При > ₃ диод VD2 открыт и через него протекает ток i_VD2, равный выпрямленному току i₀ и току i₂₂ полуобмотки вторичной обмотки трансформатора. Конденсатор С1 заряжается (полярность указана на рисунке 1.1), его напряжение U_c, равное u₀, увеличивается (рисунок 1.2, б). Падение напряжения на открытом диоде VD2 равно нулю, так как принято, что вентили являются идеальными полупроводниковыми приборами. Амплитуда обратного напряжения на закрытом диоде VD1 практически равна удвоенной амплитуде напряжения на полуобмотке вторичной обмотки трансформатора U_2max (рисунок 1.2, г).

В момент ₄ уменьшающееся мгновенное значение напряжения u₂₂ на нижней полуобмотке трансформатора становится равным возрастающему мгновенному значению напряжения U_c на конденсаторе С1, то есть u₂₂ = U_с, что обеспечивает выключение диода VD2, а значит сила тока, протекающего через диод VD2, уменьшается до нуля.

Следовательно, в интервале от ₃ до ₄ через диод VD2 протекает ток (рисунок 1.2, д).

При > ₄ оба диода VD1 и VD2 выключены (к ним приложено обратное напряжение), а значит, токи через них не протекают. Такой режим диодов сохранится до момента ₅.

В момент ₅ возрастающее мгновенное значение напряжения u₂₁ на верхней полуобмотке трансформатора становится равным уменьшающемуся мгновенному значению напряжения U_c на конденсаторе С1, то есть u₂₁ = U_с, что обеспечивает включение диода VD1 и начало протекания тока i_VD1 через него (рисунок 1.2, б).

В это время диод VD2 выключен, так как к нему приложено обратное напряжение, равное сумме напряжений u₂₂ и U_c.

При > ₅ диод VD1 открыт и через него протекает ток i_KD1, равный выпрямленному току i₀ и току i₂₁ полу обмотки вторичной обмотки трансформатора. Конденсатор С1 заряжается (полярность указана на рисунку 1.1), его напряжение U_c, равное u₀, увеличивается. Падение напряжения на открытом диоде VD1 равно нулю (рисунок 1.2, г), так как принято, что вентили являются идеальными полупроводниковыми приборами. Амплитуда обратного напряжения на закрытом диоде VD2 практически равна удвоенной амплитуде напряжения на полуобмотке вторичной обмотки трансформатора U_2max.

В момент ₆ уменьшающееся мгновенное значение напряжения u₂₁ на верхней полуобмотке трансформатора становится равным возрастающему мгновенному значению напряжения U_c на конденсаторе С1, то есть u₂₁ = U_с, что обеспечивает выключение диода VD1, а значит сила тока, протекающего через диод VD1, уменьшается до нуля.

Следовательно, в интервале от ₅ до ₆ через диод VD1 протекает ток (рисунок 1.2, б).

Затем процессы в рассматриваемом выпрямительном устройстве повторяются.

 

Рисунок 1.2 - Характерные диаграммы, поясняющие работу выпрямителя со средней точкой на активно-емкостную нагрузку

Сравнивая осциллограммы токов, протекающих через диод в ВУ работающих на активную и активно-емкостную нагрузки (рисунок 1.2, б и д), надо отметить следующее.

При активном характере нагрузки ток через диод протекает в течение полупериода питающего напряжения, равном .

При активно-емкостном характере нагрузки ток через диод протекает в течение меньшего интервала, чем полупериод питающего напряжения.

Принято характеризовать интервал открытого состояния диода углом отсечки .

Угол отсечки - это половина времени, выраженная в угловом измерении, в течение которого ток протекает через диод (рисунок 1.2, б и д). Поэтому угол отсечки измеряют в градусах и радианах.

Можно показать, что форма токов i_VD1 = f() и i_VD2 = f() представляет собой синусоидальный импульс длительностью 2 и максимальным значением амплитуды l_VDmах = I_VD1mах = l_VD2mах, равным:

I_VDmax = ², (1.3)

превышающий в ², раз амплитуду тока, протекающего через диод при активной нагрузке.

Максимальное значение обратного напряжения на выключенном диоде равно почти 2 U_2max (рисунок 1.2, г).

 

 

Рисунок 1.3 - Трансформаторная схема мостового выпрямителя, работающего на активно-емкостную нагрузку

 

На рисунке 1.2, б показано и среднее выпрямленное напряжение U₀, являющееся одним из основных параметров ВУ. Полезно отметить, что среднее значение силы тока, протекающего через конденсатор С1 за период питающего сетевого напряжения u_с, равно нулю, так как постоянная составляющая тока через конденсатор не протекает. Следовательно, площади, ограниченные зарядным и разрядным токами конденсатора, равны по величине.

Другая схема построения однофазного ВУ называется мостовой. На рисунке 1.3 показана трансформаторная схема ВУ, работающего на нагрузку с активно-емкостным характером.

Форма мгновенного выпрямленного напряжения u₀ для ВУ, построенных по трансформаторным схемам со средней точкой (рисунок 1.1) и мостовой (рисунок 1.3), совпадают. Однако токи, протекающие через вторичные обмотки сетевых трансформаторов, различаются. На рисунке 1.4, б показана форма тока i₂, протекающего через вторичную обмотку сетевого трансформатора выпрямительного устройства, построенного по мостовой схеме и работающего на активно-емкостную нагрузку (рисунок 1.3).

Рисунок 1.4 - Характерные диаграммы токов и напряжения выпрямительного устройства, построенного по мостовой схеме с сетевым трансформатором и работающего на активно-емкостную нагрузку

В современных источниках вторичного электропитания часто сетевые (низкочастотные) выпрямительные устройства строят по бестрансформаторной схеме (рисунок 1.5). Это является примером схемотехнической реализации одного из способов уменьшения массогабаритных параметров ИВЭ за счет повышения частоты тока, протекающего по обмоткам электромагнитных устройств (трансформаторы и дроссели).

Рисунок 1.5 - Бестрансформаторные схемы мостового выпрямителя, работающего на активно-емкостную нагрузку

Таким образом, при работе выпрямительных устройств на активно-емкостную нагрузку проявляются следующие особенности:

· уменьшение пульсаций выпрямленного напряжения и увеличение среднего значения выпрямленного напряжения;

· сокращение времени работы вентилей;

· увеличение амплитудного значения токов, протекающих через вентиль и трансформатор с ростом емкости конденсатора, так как в течение более короткого времени необходимо передать ту же мощность;

· ухудшение использования обмоток трансформатора, так как при увеличении амплитуды тока возрастает и его действующее значение, а значит, и увеличивается мощность обмоток трансформатора;

· усиливается зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки, то есть увеличивается внутреннее сопротивление выпрямителя.