Характеристики трехфазного силового трансформатора: 1. ПАРАМЕТРЫ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА ЕГО ЗАЩИТЫ

Что такое полуволновой выпрямитель?

Выпрямитель - это электронное устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное. Другими словами, он преобразует переменный ток в постоянный.Выпрямитель используется практически во всех электронных устройствах. В основном он используется для преобразования сетевого напряжения в постоянное напряжение в блоке питания. При питании от постоянного тока работают электронные устройства. В зависимости от периода проводимости выпрямители подразделяются на две категории: полуволновой выпрямитель и полнополупериодный выпрямитель.

Конструкция

По сравнению с двухполупериодным выпрямителем, HWR - самый простой выпрямитель в конструкции. Только с одним диодом можно построить устройство.

Однополупериодный выпрямитель состоит из следующих компонентов:

• Источник переменного тока
• Резистор в секции нагрузки
• Диод А
• Понижающий трансформатор

Источник переменного тока

Это источник тока подает переменный ток на всю цепь. Этот переменный ток обычно представляется как синусоидальный сигнал.

Понижающий трансформатор

Для увеличения или уменьшения переменного напряжения обычно используется трансформатор. Поскольку здесь используется понижающий трансформатор, он снижает напряжение переменного тока, а при использовании повышающего трансформатора он увеличивает напряжение переменного тока с минимального уровня до высокого уровня. В HWR в основном используется понижающий трансформатор, поскольку необходимое напряжение для диода очень минимально. Когда трансформатор не используется, большое количество переменного напряжения вызовет повреждение диода. Хотя в некоторых случаях также можно использовать повышающий трансформатор.

В понижающем устройстве вторичная обмотка имеет минимальное количество витков, чем первичная.Из-за этого понижающий трансформатор снижает уровень напряжения от первичной до вторичной обмотки.

Диод

Использование диода в полуволновом выпрямителе позволяет току течь только в одном направлении, тогда как он останавливает ток в другом направлении.

Резистор

Это устройство, которое блокирует прохождение электрического тока только до определенного уровня.

Для синусоидального входного напряжения выходное постоянное напряжение холостого хода для идеального полуволнового выпрямителя составляет

Vrms = Vpeak / 2

Vdc = Vpeak / ᴨ

Где

• Vdc, Vav - выходное напряжение постоянного тока или среднее выходное напряжение
• Vpeak - пиковое значение входного фазного напряжения
• Vrms - выходное напряжение среднеквадратичного значения

Работа полуволнового выпрямителя

PN переход диод проводит только при прямом смещении. Полупериодный выпрямитель использует тот же принцип, что и диод с PN переходом, и таким образом преобразует переменный ток в постоянный. В схеме однополупериодного выпрямителя сопротивление нагрузки включено последовательно с диодом с PN переходом. Переменный ток - это вход однополупериодного выпрямителя. Понижающий трансформатор принимает входное напряжение, а выходной сигнал трансформатора передается на нагрузочный резистор и диод.

Работа HWR объясняется в двух фазах:

• Процесс положительной полуволны
• Процесс отрицательной полуволны

Положительный полуволна

При частоте 60 Гц в качестве входного напряжения переменного тока шаг трансформатор понижает это напряжение до минимального.Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора создается минимальное напряжение. Это напряжение на вторичной обмотке называется вторичным напряжением (Vs). Минимальное напряжение подается как входное напряжение на диод.

Когда входное напряжение достигает диода, во время положительного полупериода диод переходит в состояние прямого смещения и пропускает электрический ток, тогда как во время отрицательного полупериода диод переходит в отрицательное состояние смещения и препятствует прохождению электрического тока.Положительная сторона входного сигнала, который подается на диод, совпадает с прямым напряжением постоянного тока, которое подается на диод P-N. Таким же образом, отрицательная сторона входного сигнала, который подается на диод, совпадает с обратным постоянным напряжением, которое прикладывается к PN-диоду

Итак, было известно, что диод проводит ток в смещенном в прямом направлении состоянии и препятствует поток тока в обратном смещенном состоянии. Точно так же в цепи переменного тока диод пропускает ток в течение цикла + ve и блокирует прохождение тока во время цикла -ve.Переходя к + ve HWR, он не будет полностью препятствовать работе полупериодов -ve, он позволяет использовать несколько сегментов полупериодов -ve или допускает минимальный отрицательный ток. Это генерация тока из-за неосновных носителей заряда, находящихся в диоде.

Генерация тока через эти неосновные носители заряда очень минимальна, поэтому им можно пренебречь. Эту минимальную часть полупериодов -ve невозможно наблюдать на участке нагрузки. В практических диодах считается, что отрицательный ток равен «0».

Резистор в секции нагрузки использует постоянный ток, который вырабатывается диодом. Таким образом, резистор называется резистором электрической нагрузки, где напряжение / ток постоянного тока рассчитываются на этом резисторе (R _L ). Электрическая мощность считается электрическим коэффициентом схемы, в которой используется электрический ток. В HWR резистор использует ток, производимый диодом. Из-за этого резистор называют нагрузочным резистором. R _L в HWR используется для ограничения или ограничения дополнительного постоянного тока, генерируемого диодом.

Таким образом, был сделан вывод, что выходной сигнал в полуволновом выпрямителе представляет собой непрерывные полупериоды + ve, которые имеют синусоидальную форму.

Негативная полуволна

Работа и конструкция полуволнового выпрямителя в отрицательном направлении почти идентична положительной полуволновой выпрямителю. Единственный сценарий, который здесь будет изменен, - это направление диода.

Если входное напряжение переменного тока составляет 60 Гц, понижающий трансформатор снижает его до минимального напряжения.Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора создается минимальное напряжение. Это напряжение на вторичной обмотке называется вторичным напряжением (Vs). Минимальное напряжение подается в качестве входного напряжения на диод.

Когда входное напряжение достигает диода, во время отрицательного полупериода диод переходит в состояние прямого смещения и пропускает электрический ток, тогда как во время положительного полупериода диод переходит в отрицательное состояние смещения и препятствует прохождению электрического тока.Отрицательная сторона входного сигнала, который подается на диод, совпадает с прямым постоянным напряжением, которое подается на диод P-N. Таким же образом, положительная сторона входного сигнала, который подается на диод, совпадает с обратным напряжением постоянного тока, которое прикладывается к PN-диоду

Итак, было известно, что диод проводит ток в состоянии обратного смещения и препятствует протекание тока в прямом смещенном состоянии. Таким же образом в цепи переменного тока диод пропускает ток в течение цикла -ve и блокирует ток во время цикла + ve.Переходя к -ve HWR, он не будет полностью препятствовать положительным полупериодам, он допускает несколько сегментов положительных полупериодов или допускает минимальный положительный ток. Это генерация тока из-за неосновных носителей заряда, находящихся в диоде.

Генерация тока через эти неосновные носители заряда очень минимальна, поэтому им можно пренебречь. Эта минимальная часть положительных полупериодов не может быть соблюдена на участке нагрузки. В практических диодах считается, что положительный ток равен «0».

Резистор в секции нагрузки использует постоянный ток, который вырабатывается диодом. Таким образом, резистор называется резистором электрической нагрузки, где напряжение / ток постоянного тока рассчитываются на этом резисторе (R _L ). Электрическая мощность считается электрическим коэффициентом схемы, в которой используется электрический ток. В HWR резистор использует ток, производимый диодом. Из-за этого резистор называют нагрузочным резистором. R _L в HWR используется для ограничения или ограничения дополнительного постоянного тока, генерируемого диодом.

В идеальном диоде полупериоды + ve и -ve в выходной части кажутся аналогичными полупериодам + ve и -ve Но в практических сценариях полупериоды + ve и -ve несколько отличаются от полупериодов + ve и -ve. циклы ввода, и это незначительно.

Итак, был сделан вывод, что выходной сигнал в однополупериодном выпрямителе представляет собой непрерывные полупериоды, которые имеют синусоидальную форму. Таким образом, выходной сигнал полуволнового выпрямителя представляет собой непрерывные синусоидальные сигналы с положительной и отрицательной полярностью, но не чистый сигнал постоянного тока и в пульсирующей форме.

Это пульсирующее значение постоянного тока изменяется в течение короткого периода времени.

Работа полуволнового выпрямителя

Во время положительного полупериода, когда вторичная обмотка верхнего конца положительна по отношению к нижнему концу, диод находится в состоянии прямого смещения и проводит ток. Во время положительных полупериодов входное напряжение прикладывается непосредственно к сопротивлению нагрузки, когда прямое сопротивление диода предполагается равным нулю.Формы сигналов выходного напряжения и выходного тока такие же, как у входного переменного напряжения.

Во время отрицательного полупериода, когда вторичная обмотка нижнего конца положительна по отношению к верхнему концу, диод находится в состоянии обратного смещения и не проводит ток. Во время отрицательного полупериода напряжение и ток на нагрузке остаются нулевыми. Величина обратного тока очень мала и ею пренебрегают. Таким образом, во время отрицательного полупериода мощность не подается.

Серия положительных полупериодов - это выходное напряжение, возникающее на сопротивлении нагрузки. Выходной сигнал представляет собой пульсирующую волну постоянного тока, и для создания плавных выходных волновых фильтров используются фильтры, которые должны проходить через нагрузку. Если входная волна имеет полупериод, то он известен как полуволновой выпрямитель.

Цепи трехфазного полуволнового выпрямителя

Трехфазный полуволновой неуправляемый выпрямитель требует трех диодов, каждый из которых подключен к одной фазе. Схема трехфазного выпрямителя страдает от высокого уровня гармонических искажений как в цепях постоянного, так и переменного тока.Выходное напряжение на стороне постоянного тока выдает три различных импульса за цикл.

Трехфазный HWR в основном используется для преобразования трехфазной мощности переменного тока в трехфазную мощность постоянного тока. При этом вместо диодов используются переключаемые, которые называются неуправляемыми переключателями. Здесь неуправляемые переключатели соответствуют тому, что не существует подхода к регулированию времени включения и выключения переключателей. Это устройство построено с использованием трехфазного источника питания, подключенного к трехфазному трансформатору, при этом вторичная обмотка трансформатора всегда соединена звездой.

Здесь используется только соединение звездой по той причине, что нейтральная точка необходима для повторного подключения нагрузки к вторичной обмотке трансформатора, обеспечивая тем самым обратное направление для потока мощности.

Общая конструкция 3-фазного HWR, обеспечивающего исключительно резистивную нагрузку, показана на рисунке ниже. Конструктивно каждая фаза трансформатора обозначена как отдельный источник переменного тока.

Коэффициент полезного действия трехфазного трансформатора составляет почти 96.8%. Хотя эффективность трехфазного HWR больше, чем у однофазного HWR, это меньше, чем у трехфазного двухполупериодного выпрямителя.

Характеристики полуволнового выпрямителя

Характеристики полуволнового выпрямителя для следующих параметров

PIV (Peak Inverse Voltage)

В условиях обратного смещения диод должен выдерживать максимальное напряжение. Во время отрицательного полупериода ток через нагрузку не протекает.Таким образом, на диоде появляется полное напряжение, потому что нет падения напряжения через сопротивление нагрузки.

PIV однополупериодного выпрямителя = V _SMAX

Это PIV полуволнового выпрямителя .

Средние и пиковые токи в диоде

Предположим, что напряжение на вторичной обмотке трансформатора синусоидально, а его пиковое значение равно V _SMAX . Мгновенное напряжение, которое подается на однополупериодный выпрямитель, составляет

Vs = V _SMAX Sin wt

Ток, протекающий через сопротивление нагрузки, составляет

I _MAX = V _SMAX / (R _F + R _L )

Регламент

Регулировка - это разница между напряжением холостого хода и напряжением полной нагрузки по отношению к напряжению полной нагрузки, а регулирование напряжения в процентах дается как

% Регулирование = {(Vno-load - Vfull-load) / Vfull-load} * 100

КПД

Отношение входного переменного тока к выходному постоянному току известно как КПД (?).

? = Pdc / Pac

Мощность постоянного тока, подаваемая на нагрузку, составляет

Pdc = I ² _dc R _L = (I _MAX / ᴨ) ² R _L

Входная мощность переменного тока на трансформатор,

Pac = Рассеиваемая мощность в сопротивлении нагрузки + рассеиваемая мощность на переходном диоде

= I ² _{действ. L} = {I ² _MAX /4} [R _F + R _L ]

? = Pdc / Pac = 0.406 / {1 + R _F / R _L }

КПД полуволнового выпрямителя составляет 40,6%, если пренебречь R _F .

Коэффициент пульсаций (γ)

Содержание пульсаций определяется как количество переменного тока, присутствующего в выходном постоянном токе. Если коэффициент пульсаций меньше, производительность выпрямителя будет больше. Значение коэффициента пульсаций для полуволнового выпрямителя составляет 1,21.

Мощность постоянного тока, генерируемая HWR, не является точным сигналом постоянного тока, а является пульсирующим сигналом постоянного тока, а в форме пульсирующего постоянного тока существуют пульсации.Эти колебания можно уменьшить, используя фильтрующие устройства, такие как катушки индуктивности и конденсаторы.

Для вычисления количества пульсаций в сигнале постоянного тока используется коэффициент, который называется коэффициентом пульсаций и обозначается как γ . Когда коэффициент пульсации высокий, он показывает расширенную пульсирующую волну постоянного тока, тогда как минимальный коэффициент пульсации показывает минимальную пульсирующую волну постоянного тока.

Когда значение γ очень минимально, это означает, что выходной постоянный ток почти такой же, как чистый сигнал постоянного тока.Таким образом, можно утверждать, что чем ниже коэффициент пульсации, тем более плавный сигнал постоянного тока.

В математической форме этот коэффициент пульсации обозначается как отношение среднеквадратичного значения секции переменного тока к секции постоянного тока выходного напряжения.

Коэффициент пульсации = среднеквадратичное значение секции переменного тока / среднеквадратичное значение секции постоянного тока

I ² = I ² _dc + I ² ₁ + I ² ₂ + I ² ₄ = I ² _dc + I ² _ac

γ = I _ac / I _dc = (I ² - I ² ) / I _dc = {(I _rms / I ² _dc ) / Idc = {(I _rms / I ² _dc ) -1} = k _f ² -1)

Где kf - форм-фактор

kf = Irms / Iavg = (Imax / 2) / (Imax / ᴨ) = ᴨ / 2 = 1.57

Итак, γ = (1,572 - 1) = 1,21

Коэффициент использования трансформатора (TUF)

Он определяется как отношение мощности переменного тока, подаваемой к нагрузке, и номинальной мощности вторичного переменного тока трансформатора. TUF полуволнового выпрямителя составляет около 0,287.

HWR с конденсаторным фильтром

Согласно общей теории, которая обсуждалась выше, на выходе полуволнового выпрямителя является пульсирующий сигнал постоянного тока. Это получается, когда HWR работает без фильтра.Фильтры - это устройство, которое используется для преобразования пульсирующего сигнала постоянного тока в устойчивые сигналы постоянного тока, что означает (преобразование пульсирующего сигнала в плавный сигнал). Это может быть достигнуто путем подавления пульсаций постоянного тока, которые возникают в сигнале.

Хотя эти устройства теоретически можно использовать без фильтров, но они должны быть реализованы для любых практических приложений. Поскольку устройству постоянного тока потребуется устойчивый сигнал, пульсирующий сигнал должен быть преобразован в плавный, чтобы его можно было использовать в реальных приложениях.По этой причине HWR используется с фильтром в практических сценариях. Вместо фильтра можно использовать катушку индуктивности или конденсатор, но чаще всего используется HWR с конденсатором.

Рисунок ниже поясняет принципиальную схему конструкции полуволнового выпрямителя с конденсаторным фильтром и то, как он сглаживает пульсирующий сигнал постоянного тока.

Преимущества и недостатки

По сравнению с двухполупериодным выпрямителем, однополупериодный выпрямитель не так часто используется в приложениях.Хотя у этого устройства мало преимуществ. Преимущества полуволнового выпрямителя : :

• Дешевый - Поскольку используется минимальное количество компонентов
• Простой - Благодаря тому, что конструкция схемы полностью проста
• Простота использования - Благодаря легкой конструкции, использование устройства также будет таким оптимальным.
• Небольшое количество компонентов