Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



выпрямленная мощность выпрямителя без потерь; /Ссх - коэффициент, учитывающий соединение первичных обмоток трансформаторов в зигзаг.

Коэффициент Ксх имеет следующие значения: при т = 2 и т = = 6 Ксх=1; при т=\2 (см. рис. 6.13) 7(сх=1Д1; при ш = 18 Лс>=1,14; при т = 24 (см. рис. 6.15) Ксх=1,07.

Габаритная мощность всех трансформаторов выпрямителя

Рг.6 = 4 + 2) 0 1/0-" , , , 0 х.х- (6.13)

2 V У2 J 2 у 2т/р sm (рл/т)

Коэффициент использования трансформаторов по мощности Кр =Po.JPrn5- ]/2sin (ря/т)/я (1 +K,JV2). (6.14)

Приведем выражения для определения остальных параметров рассматриваемых выпрямителей.

Частота пульсаций основной (первой) гармоники напряжения на нагрузке этих выпрямителей определяется так же, как и в выпрямителях с одним дросселем фильтра:

/пульс =/п/с. (6.15)

где /с - частота тока питающей сети.

Коэффициент пульсаций первой гармоники /(пульс ь по значению которого рассчитываются параметры сглаживающего фильтра, для всех выпрямителей без потерь определяется из следующего выражения:

/(пульс1=2/(т2-1). (6.16)

Формула для расчета коэффициента пульсации первой гармоники напряжения на нагрузке /(пульс ih для всех рассматриваемых выпрямителей с несколькими дросселями фильтра при наличии конденсаторов на их выходе имеет следующий вид:

Ufnim Кпульс 1 2р

пульс1н

о х.х

/п2 сос Lg Сф (т - 1) сос ЬСф

(6.17)

где UfmiH - амплитуда первой гармоники пульсаций напряжения на нагрузке; Мс - круговая частота тока питающей сети; = L/p - эквивалентная индуктивность всех дросселей фильтра выпрямителя; L - индуктивность одного дросселя фильтра; Сф - емкость конденсаторов фильтра.

В реальных выпрямителях, вследствие изменения формы кривой выпрямленного напряжения из-за индуктивности рассеяния обмоток трансформаторов и вследствие неидентичности параметров элементов выпрямителя, а такл<е несимметричности трехфазного питающего напряжения, подаваемого на вход выпрямителя,, коэффициенты пульсации в 2-8 раз больще, чем вычисленные по формулам (6.16) и (6.17) для выпрямителей без потерь (ббль-щие значения относятся к выпрямителям с большим числом фаз выпрямления).

б У

При выборе параметров дросселя фильтра необходимо учитывать, что для обеспечения непрерывного тока дросселя и индуктивной реакции нагрузки значение его индуктивности должно быть больше минимально допустимого L„„h.

Для рассматриваемых выпрямителей минимальная индуктивность каждого дросселя фильтра рассчитывается по формуле

мин -

2ри,

о х.х

[(m/p)=»-l]mcOe/C„.„„„/o -

где /(н.мин = /о мин о - коэффициент изменения тока нагрузки; /о мин - заданное минимальное значение тока нагрузки.

Для однотактных двухполупериодных выпрямителей, у которых отношение т1рфЗ, амплитуда обратного напряжения иа диодах Um обр определяется из следующего выражения:

-г/о х.х = 2/2 f/,,.,. (6.19)

т sin (р п/т)

2Х.Х

Для выпрямителей, у которых отношение mjp=?>, амплитуда обратного напряжения на диодах

f/m обр = (2 я/3) V, . - ]/б (6.20)

Действующее значение основной (первой) гармоники переменной составляющей напряжения на дросселе Ufi для всех т-фаз-ных выпрямителей с р дросселями фильтра определяется из следующего выражения:

и...= А:"!"".и.... (6.21)

(mlpY- 1

о х.х

р п т

2Г.Х-

Частота основной гармоники переменной составляющей напряжения на дросселе

fvL = mfJp. (6.22)

Так как рассматриваемые выпрямители предназначены для получения низких выходных напряжений и больших токов, то при расчете этих выпрямителей необходимо учитывать падения напряжений на их элементах.

Необходимое значение выпрямленного напряжения при холостом ходе [/ох,.х в зависимости от напряжения на нагрузке и падения напряжения на элементах выпрямителя определяется по формуле

и, х.х = 0 + А f/д-f А г/,р -f А f/L + А f/np, (6.23)

где Uq - среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке; Лг/д, А[/тр, At/b, At/np - соответственно падение напряжения на диодах, активном сопротивлении и индуктивности рассеяния обмоток трансформаторов, на активном сопротивлении обмотки Дросселей фильтра и на сопротивлении монтажных проводов.



Падение напряжения на диодах Дбд определяется в зависимости от их параметров и протекающего через них тока по формуле

Аи = Аи,-\-Гэ1о/рп, (6.24)

где AUq - начальное падение напряжения иа диоде; Гд - динамическое сопротивление прямой ветви вольт-амперной характеристики диода на рабочем участке.

Падение напряжения AUjp складывается из падения напряжения на активном сопротивлении гр и падения напряжения иа индуктивности рассеяния Lg обмоток трансформаторов:

U,p = {r, + ma>LJ2pк)Io. (6.25)

Формулы для расчета ориентировочных значений активного сопротивления и индуктивности рассеяния обмоток трансформаторов, приведенных к фазе вторичной обмотки, по предварительным значениям Uqx.x, h и параметров трансформаторов имеют следующий вид:

fc Вт Кст h "Ф I

о х.х »

s/tp Птр

О х.х

/Пф «с /с Вт Кст h yfcBm /тр Птр ст Кы1 "ф U /q

(6.26)

(6.27)

где Кг, Kl - коэффициенты, связывающие активное сопротивление и индуктивность рассеяния трансформаторов с их другими параметрами и зависящие от схемы выпрямителя; ртр - удельное сопротивление материала обмоток трансформатора; /тр - плотность тока в обмотках трансформатора; 5т - максимальная магнитная индукция в магнитопроводе трансформатора; т]тр-КПД трансформатора; Кст, Км - коэффициенты заполнения сечения магнитопровода магнитопроводящим материалом и окна магнитопровода трансформатора проводниковым материалом; s - число стержней магнитопровода одного трансформатора, на которых расположены обмотки (для броневых однофазных магнитопрово-дов s-\\ для стержневых однофазных s==2; для трехфазных s= = 3); Шф - число фаз трансформаторов (для однофазных трансформаторов тф=1; для трехфазных тф = 3).

При расчете Гтр и Lg берется предварительное значение Uqx.x = (1,1-4-1,4) f7o при f;o=3-=-15 В, причем большее значение коэффициента относится к меньшим значениям Uo-

Справедливые для всех рассматриваемых т-фазных выпрямителей с р независимыми дросселями фильтра формулы для расчета коэффициентов Кг и Kl имеют следующий вид:

Кг = г,5тУКУ ; (6.28)

Kl =0,0811оК\элс{тКртр, (6.29)

где ро=4я-10" Гн/м - магнитная постоянная.

Вычисленные значения Кг и Кь приведены в табл. 6.1 -6.4.

Таблица 6.1

Расчетные соотношения

t/lx.x/f/ox.x iBTip/Zo

Poi..x/Pw2

Pox.x/Pwi Рохл/Ргаб fJmoGp/Uox.x /ер о Im/h

U,iLlUox.x Ulh Ubifc Кпулъс 1 Kr

Kl-10\ Гн/м

1,111

0,707 1

0.636

0,900

0,745

3,14

0,471 1

0,667 5,19 1,65 3,41

0,741

0,408

0,577

0,551

0,780

0,646

2,09

0,040

0,057 7,60 1,51 4,99

0,855

0,289

0,409

0,675

0,953

0,791

2,09

0,177

0,057 6,53 1,17 4,29

1,111

0,236 0,334 0,636 0,900 0,745 3,14 1/6 1/3 0,438 1/3 2

0,057 6,83 1,26 4,49

Падение напряжения на активном сопротивлении обмоток дросселей фильтра

и=г11, (6.30)

где Гь - эквивалентное активное сопротивление обмоток всех дросселей фильтра выпрямителя.

Ориентировочное значение активного сопротивления обмоток дросселей определяют по формуле

у PJlK.

tl =2-105.

\ amKcTL

(6.31) Таблица 6.2

Раечетные соотношения

т=12

Uix.x/Uox.x

h/Io hmp/Io Рох.х/Pw2 Pox.x/Pwi

Pox.x/P габ UmoOp/Uox.x /ср о Im/h

Uf,b/U,x.x Ib/h fiL/fc Япульс I Kr

Kl-W, Гн/м

0,715

0,289

0,409

0.403

0,513

0.451

2.02

1/12

0,0099 1

0,014 11.84 1,80 7,78

0.741 0,204 0,289 0,551 0,701 0,617 2,09 1/12 1/2

0,0404

0,014 9,36 1.22 6,15

0,785

0,167

0,236

0,637

0,810

0,713

2,22

1/12

0,0943

4 .

0.014

8,39

1.02

5,52

0,855 0,144 0.204 0,675 0,861 0,757 2,09 1/12 1/4 0,177 1/4 3

0,014 8,02 0,95 5,27

1,111

0.118

0.167

0,637

0.810

0,713

3,14

1/12

0,438

0,014 8,39 1.02 5,52



где Pl - удельное сопротивление материала обмотки дросселя; jl - плотность тока в обмотке дросселя; /Сеть, Kml - коэффициенты заполнения сечения магнитопровода магнитопроводящим материалом и окна магнитопровода дросселя проводниковым мате-

Таблица 6.3

Расчетные соотно-

m=18

шения

t/2x.x/t/ox.x

0,711

0,722

0,741

0,855

1,111

0,235

0,167

0,136

0,096

0,079

0.333

0,236

0,196

0,136

0,111

Pox.xlPw2

0,332

0,462

0,551

0,675

0,637

0,412

0,574

0,686

0,840

0,792

Рох.х/Ргаб

0,368

0,512

0,551

0,749

0,637

UmoGpl Uox.x

2,01

2,04

2,09

2,09

3,14

/cp o

1/18

1/18

1/18

1/18

1/18

Im/h

Ufib/Uox.x

0,0041

0,0176

0,0404

0,1768

0,4714

flLlfo

Кпульс 1

0,0062

0,0062

0,0062

0,0062

0,0062

15,26

11,92

11,27

8,96

10,11

Kl-\0\ Гн/м

2,07

1,37

1,02

0,85

0,85

10,03

7,83

7,41

5,88

6,64

риалом; Яэкв - параметр, характеризующий качество материала магнитопровода дросселя и пропорциональный эквивалентной магнитной проницаемости магнитопровода дросселя, А/м [22].

Таблица 6.4

Расчетные

m=24

соотношения

P=I2

1 P=3

V 2х.х/и Ох.х

0,709

0,715

0,725

0,741

0,785

0,855

1,111

0,204

0,144

0,118

0,102

0,083

0,072

0,059

I iKjp/h

0,289

0,204

0,167

0,144

0,117

0,102

0,083

Pux.xlPw2

0,288

0,405

0,487

0,551

0,637

0,675

0,637

PoxJPwi

0,382

0,537

0,646

0,731

0,844

0,895

0,844

Pox.x/P габ

0,328

0,462

0,555

0,628

0,726

0,769

0,726

UmoGp/Uox.x

2,01

2,02

2,05

2,09

2,22

2,09

3,14

/ср о

1У24

1/24

1/24

1/24

1724

1/24

1/24

Imlh

1/12

UfiLlUox.x

0,0025

0.0099

0,0224

0,0404

0,0943

0,177

0,438

1,12

fiblU

/Спульс 1

0,0035

0,0035

0,0035

0,0035

0,0035

0,0035

0,0035

17,87

13,82

12,05

10,98

9,85

9,43

9,85

Kl-W, Гн/м

2,34

1,54

1,21

1,04

0,87

0,81

0,87

11,75

9,08

7,92

7,22

6,47

6,20

6,47

Для стали марок 3411, 3421 при переменной составляющей магнитной индукции =0,1 Т Яэкв = 7-10 А/м.

Падение напряжения на сопротивлении монтажных проводов

Af/np=np/o. (6.32)

где Гпр - эквивалентное сопротивление монтажных проводов выпрямителя.

Ориентировочное значение эквивалентного сопротивления монтажных проводов

= 2-10-2 (Кр/т-Ь2)Р5/ц

(6.33)

где рпр - удельное сопротивление материала монтажных проводов; /пр - плотность тока в монтажных проводах.

По формулам (6.5) - (6.29) были рассчитаны соотношения для однотактных двухполупериодных выпрямителей с соединением первичных обмоток трансформаторов в зигзаг с числом фаз выпрямления т = 2, 6, 12, 18 и 24 и с количеством дросселей фильтра р= = 1,2,3,4,6,8,9 и 12 при Лд(с)=1. Результаты расчетов приведены в табл. 6.1-6.4. Эти результаты и проведенный анализ показывают, что при одинаковом числе фаз выпрямления наибольший коэффициент использования трансформаторов по мощности и оптимальными по совокупности параметрами являются составные выпрямители, образованные из трехфазных выпрямителей со средней точкой, т. е. шестифазный выпрямитель с двумя дросселями фильтра, двеиадцатифазный с четырьмя, восемнадцатифазный с шестью и двадцатичетырехфазный с восемью дросселями фильтра, схемы которых приведены на рис. 6.12 - 6.16. По сравнению с соответствующими по числу фаз выпрямителями со средней точкой коэффициент использования трансформаторов по мощности в этих схемах больше соответственно в 1,22; 1,68; 2,04 и 2,34 раза.

6.5. Определение потерь в элементах и КПД выпрямителей

Потери мощности в элементах выпрямителей складываются из потерь в диодах, трансформаторах, дросселях фильтра и монтажных проводах. Потерями мощности в конденсаторах фильтра пренебрегаем.

Суммарные потери мощности в комплекте диодов выпрямителя

АРд = Аг/о/о + Гд/у;7/гд. (6.34)

Суммарные потери мощности во всех трансформаторах выпрямителя складываются из потерь в обмотках дЛ, и потерь в маг-нитопроводе АРст.

АР,р = АР„ + ДР,,. (6.35)

Суммарные потери мощности в первичной и вторичной обмотках всех трансформаторов

(6.36) 241



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [39] 40 41 42 43 44 45 46


0.0195