Transcript 4.Двухполупериодные выпрямители переменного тока

В.КУДЯКОВ
ВЫПРЯМЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Электропитание средств вычислительной техники
(для студентов очной формы обучения)
Лекция № 4
Тема 1.3
Основные технические характеристики
ИВЭП СВТ. Выпрямление переменного
тока. Двухполупериодная (двухфазная)
однотактная и двухтактная схемы
выпрямителей
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Задание
Ход работы.
Двухполупериодная (двухфазная) однотактная схема
выпрямителя
Двухполупериодная
(двухфазная)
однотактная
схема
выпрямителя
представляет
собой
соединение
двух
однополупериодных схем работающих на одну общую нагрузку RH.
Вторичная обмотка трансформатора имеет вывод от средней
(нулевой) точки. В результате получаем на половинах вторичной
обмотки два напряжения, равные по величине и противоположные по
фазе (сдвинуты на 180О).
В первый полупериод на аноде диода VD1 (точка а)
положительный потенциал. Диод VD1 открыт, и ток протекает от точки
а через диод VD1, нагрузку RH к точке О и верхнюю половину
вторичной обмотки. В этот же полупериод на аноде диода VD2
отрицательный потенциал и диод закрыт.
Во второй полупериод положительный потенциал получается на
аноде диода VD2. Он открывается, и ток через него протекает по
цепи: от от точки b через VD2, нагрузку RH к точке О и нижнюю
половину вторичной обмотки. К аноду диода VD1 в это время
приложен отрицательный потенциал, диод закрыт и ток через него не
протекает. Графики напряжений и токов приведены на рисунке .
U0 
I0 
2

2

U 2 max ;
I 2 max .
На осциллограмме видно, что в двухполупериодной схеме выпрямления
импульсы напряжения и тока в цепи нагрузки, имеются во время каждого
полупериода. Поэтому постоянные составляющие напряжения Uo и тока Iо будет
в 2 раза больше, чем при однополупериодном выпрямлении. Действующее
напряжение вторичной обмотки одной половины U2 = 1,11 U0. Действующий ток
вторичной обмотки можно рассчитать как: I2 = 0,785 I0;
первичной обмотки как :
I1 = 1,11 I0 n21= 1,11 I0 U2/U1.
Габаритная мощность всего трансформатора, выраженная в вольт-амперах,
условно определяется полусуммой расчетных мощностей обеих обмоток
трансформатора
Рг = (Р1 + Р2) / 2 = (1,23Р0 + 1,74 Р0) / 2 = 1,48 Р0.
Габаритная мощность трансформатора определяется расчетной мощностью всех
обмоток.
Обратное напряжение на диоде U oбр. и.п. = 3,14 U0. Действующий прямой ток
Полумостовой преобразователь
Д.П.Кучеров Источники питания ПК и периферии 2005г стр.18-20.
Принцип работы: На входы активных элементов преобразователя
сигналы управления со вторичных обмоток согласуюшего трансформатора
Сигналы управления U1 и U2 противофазно открывают и закрывают в
моментв времени t1-t2 транзисторы Q1 Q2.Конденсаторный делитель на С4;С5;
поддерживает транзисторы Q1 Q2 в закрытом состоянии. Не превышая
напряжения Епит/2.
При запирании Q1, момент времени t1, на интервале t2 t3 в цепи
коллектора происходит нарастание тока., его время определяется временем
заряда конденсатораС2 и разряда С1 Это приводит к отпиранию Q2.На
интервале t2-t3 напряжение коллектора имеет характерный выброс до
величины Епит.Который обусловлен действием индуктивности рассеивания
L5.Нарастание тока Iк1 на интервале t1-t2 обусловлено изменением тока
намагничивания трансформатора Т1.1. и дросселя выходного фильтра.
В момент t4 сигнал управления отпирает Q2 и все процессы повторяются.Тем
не менее при этом величина тока нагрузки не меняется скачком.Для
возврата энергии накопления в систему электроснабжения, используем
диодыD1D2Двухтактным схемам свойственны явление сквозных токов.
Причиной которых является инерционность перехода транзистора из одного
состояния , в другое.
Q1 Q2-транзисторные ключи , работают противофазно. Если Q1 открыт то в
коллекторной цепи протекает ток и наоборот . Конденсаторы С1 и С2 по очереди
разряжаются –заряжаются выдавая на Т1.1. импульсы тока. Через т1.1. и фильтр Lф
Cф сформированая последовательность импульсов подается на выход .
В первый полупериод, когда потенциал точки а положителен,
а точки b отрицателен, диоды VD1 и VD3 будут открыты, а диоды
VD2 и VD4 – закрыты. При этом ток в схеме пройдет от точки а
через диод VDI, нагрузку RH, диод VD3 и к точке b вторичной
обмотки трансформатора.
Во второй полупериод потенциал точки b положителен, а
точки а – отрицателен. Диоды VD2 и VD4 будут открыты. Ток
пройдет от точки b через VD2, нагрузку RH, диод VD4 и к точке а.
Таким образом, через нагрузку RH ток протекает за оба периода в
одном направлении.
Параметры однофазной мостовой схемы.
Расчетные мощности обмоток трансформатора :
 первичной обмотки P1 = l,23 Po,
 вторичной Р2 = 1,23Рo.
 Габаритная
мощность
трансформатора
Рг = = 0,5 (P1 + P2) = 1,23 Рo.
 Обратное импульсное напряжение на диоде
U обр.и.п = 1,57 Uо.
Здесь Uo – постоянная составляющая выпрямленного
напряжения.
Выпрямленный ток в однофазной мостовой схеме 2
раза за период достигает своего максимального
значения, частота основной гармоники в 2 раза больше
частоты напряжения сети, т. е. f2 = 2 fc = 100 Гц.
Т
Т
В этой схеме силовой трансформатор имеет две вторичные обмотки:
основную W1, которая служит для питания схемы выпрямителя, и
управляющую W2, с которой снимается напряжение управления Uу,
подаваемое на управляющий электрод тиристора. Для установления
требуемого момента отпирания тиристора, т. е. угла открытия в схеме
имеется фазорегулятор RL, где L – дроссель насыщения. Изменяя
индуктивность дросселя подмагничивающим током, регулируется угол
открытия , т. е. угол сдвига по фазе между анодным U2 и управляющим Uу
напряжением.
ЛАБОРАТОРНАЯ
РАБОТА № 2
Исследование двухполупериодной (двухфазная) однотактная и двухтактная схемы
выпрямителей
. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Определить основные параметры схем выпрямления, сравнить формы
напряжений на входе и выходе выпрямителя, рассчитать схемы выпрямления и
выбрать диоды и трансформатор.
Задание:
Используя схему и данные в таблице, рассчитайте недостающие значения
параметров выпрямительного блока. Заполните ячейки таблицы.
Ход работы:
 Используя исходные данные и расчетные формулы выполнить расчет
величин токов и напряжений.
 Выбрать тип диода и транзисторов.
 Пояснить работу обоих схем и вычертить осциллограммы напряжений для
каждой схемы в различные периоды временных интервалов.
 Ответить на контрольные вопросы и сделать вывод.
вариант
U2 мах
I2 мах
1
13
0,25
2
5
0,33
3
6
0,38
4
9
0,41
5
15
0,44
6
12
0,54
7
6,2
0,6
8
14
0,7
9
4
0,68
10
6,1
0,8
U обр
Тип диода
Iпр
К пульс
Расчетные формулы для выполнения лабораторной работы №2
 Действующее напряжение вторичной обмотки одной половины
U2 = 1,11 U0.
 Действующий ток вторичной обмотки I2 = 0,785 I0;
 Действующий ток первичной – I1 = 1,11 I0 n21= 1,11 I0 U2/U1.
 Габаритная мощность трансформатора определяется расчетной
мощностью всех обмоток.
Рг = (Р1 + Р2) / 2 = (1,23Р0 + 1,74 Р0) / 2 = 1,48 Р0.
 Обратное напряжение на диоде U oбр. и.п. = 3,14 U0.
 Действующий прямой ток диода Iпр равен действующему току
вторичной обмотки I2 : Iпр = I2 = 0,785 I0.
 Амплитуда прямого тока диода I пр.и.п равна амплитуде тока вторичной
обмотки I 2 м : I пр.и.п = I 2м = 1,57 I0.
 Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения
К п 01 = U01 max / U0 = 2/3.
Контрольные вопросы
•Назначение трансформатора.
Поясните процесс выпрямления переменного
тока.
Каково назначение выпрямителей
переменного тока?
Нарисуйте вольт-амперную характеристику
полупроводникового диода.
Поясните принцип работы
однополупериодной схемы выпрямления.
Что такое обратное напряжение на
выпрямительном диоде?
Что такое тиристор?
Нарисуйте схему выпрямителя на тиристорах.
Поясните внешнюю характеристику выпрямителя.
Как определить частоту пульсации выпрямленного тока?
Укажите отличие осциллограмм для двух схем
выпрямления.
Как определить среднее значение выпрямленной
мощности?
В какой из схем выпрямления сердечник трансформатора
подмагничивается?
Укажите применение исследуемых схем выпрямления.
Почему отличаются расчетные и измеренные параметры
выпрямителей?
Как определить коэффициент пульсации схем
выпрямления?
Поясните методику исследования схем выпрямления.
Выводы
Двухполупериодная схема по сравнению с однополупериодной имеет
следующие преимущества:
• значительно меньше габариты и масса трансформатора из-за лучшего
использования обмоток и отсутствия вынужденного подмагничивания
магнитопровода;
• значительно меньше габариты и масса сглаживающего фильтра из-за
увеличения вдвое основной частоты пульсации и уменьшения более чем в 2
раза коэффициента пульсации;
• амплитудный ток через диод вдвое меньше.
Недостатки двухполупериодной схемы:
• необходимы два диода;
• требуется вывод средней (нулевой) точки вторичной обмотки
трансформатора.
Двухполупериодная схема широко применяется в маломощных
выпрямителях.
Однофазная мостовая схема приведена на рис. 1.6. Она состоит из
трансформатора с двумя обмотками, четырех вентилей и нагрузки. Вентили
соединены между собой по схеме измерительного моста. К одной диагонали
моста подводится переменное напряжение со вторичной обмотки, а к другой