Выбор схемы выпрямления. В ЭПУ находят громаднейшее использование ИВЭ- выпрямители с блоками вентилей, собранными на базе следующих типовых схем выпрямления:
— однотактных схем выпрямления однофазного напряжения (схема со
средней точкой, рисунок 1.3,а) и трехфазного напряжения (схема Миткевича, рисунок 1.3,б);
Рисунок 1.3 — Однотактные схемы выпрямления однофазного и трехфазного токов
— мостовые схемы выпрямления однофазного и трехфазного (схема Ларионова) напряжений, рисунок 1.4 а, б.
Рисунок 1.4 — Мостовые схемы выпрямления однофазного и трехфазного токов
параметры и Сравнительные характеристики указанных схем выпрямления при работе на активную нагрузку приведены в таблице 1.4.
По практически всем характеристик и показателей (см. таблицу 1.4) мостовые схемы лучше, самый активно используются в ИВЭ ЭПУ, и смогут исходя из этого быть рекомендованы для применения в проектируемых выпрямителях при исполнении контрольной работы.
Студентам рекомендуется осветить в пояснительной записке обоснование выбора той либо другой схемы выпрямления на базе характеристик и конкретного анализа параметров этих схем согласно данным таблицы 1.4.
Таблица 1.4 — Главные параметры схем выпрямления при работе на
активную нагрузку
где п — коэффициент изменения, 
— частота напряжения сети. направляться кроме этого учесть, что однофазная мостовая схема выпрямления
находит громаднейшее использование в маломощных и средней мощности выпрямителях при токах и низких напряжениях, не превышающих 1А и при работе на емкостную нагрузку, другими словами со сглаживающим фильтром с емкостным входом. При токе нагрузки 1А и выше кроме того при малых выпрямленных напряжениях необходимо использовать фильтры, начинающиеся с индуктивности. Такие фильтры ограничивают пиковые токи через вентиль, потому, что эти пиковые токи при чисто емкостном фильтре создают перенапряжение на конденсаторе, что особенно страшно для полупроводниковых схем.
При больших нагрузках более 2А, и при повышенных напряжениях от 100В до 1000В непременно использование трехфазной схемы выпрямления и сглаживающего фильтра с индуктивной реакцией, другими словами с фильтра, на входе которого включен дроссель.
Выбор типа вентилей. Выбор типа вентилей зависит от средних значений и схемы выпрямления, выпрямленных тока 
и напряжения 
, и от требуемого коэффициента пульсаций 
(в %) на выходе выпрямителя.
В ИВЭ- выпрямителях самый активно применяются кремниевые полупроводниковые диоды, отлично себя зарекомендовавшие и в маломощных, и в замечательных выпрямителях, среди них и при высоких обратных напряжениях до нескольких тысяч вольт и сотнях и десятках ампер прямого тока.
Этот тип вентилей и рекомендуется применять при исполнении расчёта выпрямителя в контрольной работе.
Главными параметрами вентилей, применяемыми при расчёте выпрямителя и выборе вентиля являются: 
(либо 
) — максимально допустимое среднее значение прямого тока через вентиль; 
— максимально допустимое значение (амплитуда) обратного напряжения на вентиле; 
(либо 
) — прямое среднее напряжение на вентиле при токе . Для кремниевых диодов оно не превышает 1В; 
— значение тока через диод в обратном направлении при .
Шунтирование каскада вентилей.При выборе вентилей для понижения обратного напряжения на одном вентиле довольно часто приходится ставить в каждое плечо выпрямителя по два и более вентилей последовательно, как это продемонстрировано на рисунке 1.5, а.
Рисунок 1.5 — Последовательное включение вентилей (а) и их шунтирование резисторами (б)
Параметры вентилей, в частности — внутреннее сопротивление вентиля 
прямому току, имеют для каждого типа вентиля некий “разброс”, другими словами — не однообразны.
Оценить значение возможно по формулам [5]:
а) при емкостной нагрузке б) при индуктивной нагрузке
; (1.1) 
. (1.2)
Шунтирующие резисторы в цепи последовательно включенных вентилей делают две функции — сглаживают обратные напряжения на вентилях и пара уменьшают обратные токи через вентили.
Диапазон значений, в пределах которого лежит искомое значение резистора 
и сопротивления, возможно оценить расчётом по формулам, учитывающим вероятное рассогласование обратных напряжений на вентилях при их последовательном соединении. Это рассогласование в большинстве случаев лежит в пределах 20…50% и учитывается коэффициентом рассогласования обратных напряжений 
=0,2…0,5:
, (1.3,a)
(1.3,б)
где — обратный ток одного вентиля; 
— допустимое обратное напряжение на одном вентиле; 
— большое обратное напряжение на всей группе N последовательно соединенных вентилей.
Оценив вычисленный диапазон значений сопротивлений, в его пределах выбирается (задается) искомое значение сопротивления шунтирующего резистора, а после этого по справочнику выбирается тип резистора.
Неудобство применения формул (1.3,а, б) в том, что не во всех справочниках по диодам приводятся значения обратных токов.
По данной причине в инженерной практике для сокращения вычислений либо при отсутствии справочных данных по обратным токам вентилей возможно применять следующие советы по выбору значений сопротивления (на каждые 100 В обратного напряжения на одном диоде): для маломощных диодов с допустимыми прямыми токами 
0,3 А = 80..100 кОм; для замечательных диодов с 5 А = 10… 15 кОм; для диодов средней мощности = 15… 100 кОм.
Выбор типа диодов осуществляется по таблице П4 Приложения.
Расчёт трансформатора
Задача расчёта. Расчёт трансформатора по рекомендуемой в данном Пособии упрощенной методике предполагает исполнение нижеперечисленных операций.
1. Выбор типа магнитопровода, его индукции и материала 
в магнитопроводе.
2. Определение активного сопротивления трансформатора 
;
3. Определение индуктивности рассеяния трансформатора 
;
4. Определение действующих значений токов и напряжений обмоток трансформатора, его типовой мощности и КПД.
предварительная типа оценка и Выбор магнитопровода магнитных черт трансформатора. В качестве материала магнитопровода в ИВЭ-выпрямителях ЭПУ при низких и средних частотах 50…10 кГц употребляются в большинстве случаев электротехнические стали марок 3422; 3423; 3424; 3425 с толщиной страницы 0,08 и 0,05 мм, и стали 1513; 3411…3413; 1521; 1561; 1562.
В контрольной работе предполагается расчёт низкочастотного (50 Гц, 400 Гц) низковольтного либо с повышенным напряжением (до 1000 В) входного трансформатора с магнитопроводом из электротехнической стали.
Тип нормализованного магнитопровода. Употребляются типы: Ш — броневой из штампованных пластин; ШЛ — броневой ленточный; ОЛ — тороидальный (кольцевой) ленточный; ПЛ — стержневой ленточный.
Студент обязан выбрать тип магнитопровода, ориентируясь на приближенное расчетное значение типовой мощности 
трансформатора, метод размещения на магнитопроводе обмоток, от чего зависит расчётное число стержней S (рисунок 1.6). В будущем расчеты уточняются.
Рисунок 1.6 — Размещение обмоток на магнитопроводе
Предварительно, дабы выбрать значение амплитуды индукции магнитного поля в магнитопроводе, оценивается типовая мощность трансформатора, которую предварительно принимают примерно равной номинальной мощности выпрямителя 
, отдаваемой в нагрузку
(1.4)
Приближенная формула 
(1.4) дает заниженные значения, поскольку часть мощности с выхода трансформатора теряется в вентилях и дросселе фильтра. Это требует последующего уточнения расчета трансформатора,
Статистику, полученные проектирующими организациями, разрешили установить для конкретных марок электротехнических сталей значения амплитуд индукции и КПД трансформатора 
в зависимости от значений (см. таблицу П2 Приложения).
Предварительный расчёт активных и реактивных параметров трансформатора. Активное сопротивление трансформатора , под которым подразумевается сумма активных сопротивлений обмоток и вносимого сопротивления, обусловленного утратами в стали магнитопровода, приведенных по вторичной обмотке, определяется по формуле:
(1.5)
где 
— коэффициент, зависящий от выбранной схемы выпрямления, определяется по таблицам ПЗ либо П9 Приложения в зависимости от характера режима работы выпрямителя (индуктивного либо емкостного).
Примечание: при предварительных упрощенных расчётах сопротивление трансформатора возможно принять:
, (1.6)
где 
— сопротивление нагрузки. Чем больше типовая мощность
,тем меньшее значение нужно брать при расчёте по формуле (1.6).
Индуктивность рассеяния 
трансформатора оказывает заметное влияние на работу выпрямителей, в особенности с высокими напряжениями (много вольт) и токами более 1 А. Она определяется по формуле
(1.7)
где 
— коэффициент, кроме этого зависящий от выбранной схемы выпрямления,
определяется по таблицам ПЗ либо П9 Приложения.
Определение действующих значений напряжений и токов обмоток трансформатора и его типовой мощности. Как уже отмечено, предварительный расчет трансформатора, как, но, и выбор вентилей, осуществляются в предположении, что типовая мощность примерно равна выходной мощности всего выпрямителя ( 
). Наряду с этим не учитываются утраты мощности в блоке вентилей и сглаживающем фильтре.
Более совершенно верно типовая (“габаритная”) мощность трансформатора возможно подсчитана, в случае, если известны токи в обмотках и напряжения на них.
, В•А
Расчет токов и напряжений обмоток осуществляется по формулам, приведенным в таблицах ПЗ и П9 Приложения для энергично-индуктивного и энергично-емкостного режимов работы выпрямителя соответственно.
Потребность в уточнении расчёта и , для выпрямителя, трудящегося на энергично-емкостную нагрузку. Это уточнение нужно делать, в случае, если выбран электрический фильтр, на входе которого стоит конденсатор, другими словами при энергично-емкостной нагрузке выпрямителя.
Примечание. При энергично-индуктивной нагрузке, в то время, когда на входе фильтра включен дроссель с громадной индуктивностью, влияние параметров обмоток трансформатора и менее значительно и потребность в их уточнении фактически отпадает.
Потребность в коррекции расчётов и в емкостном режиме связана с происхождением отсечки кривой тока в вентиле, что ведет к уменьшению действующего значения выпрямленного тока в вентиле 
, повышению зависимости выпрямленного напряжения от колебаний тока нагрузки (так как изменяются сопротивление фазы 
и сопротивление нагрузки выпрямителя 
) , возрастанию влияния индуктивности рассеянии трансформатора.
Разберемся в этих уточнениях и особенностях режима при расчёте и .
Эффект “отсечки тока” в вентилях при емкостной нагрузке выпрямителя. Отсечка тока в вентиле содержится в том, что продолжительность хорошей полуволны выпрямленного напряжения, как и при активной нагрузке, образовывает величину 
(где Т — период, a m- число фаз), а продолжительность полуволны тока через вентиль оказывается меньше значения 
В большинстве случаев отсечка тока оценивается не временем задержки, а значением фазового угла 
, в радианах.
Наглядно суть отсечки тока оптимальнее пояснить при рассмотрении совершенного выпрямителя.
Совершенный выпрямитель не должен содержать сопротивления вентиля и активного сопротивления трансформатора в прямом направлении (другими словами 
, 
).
Комфортно проследить процесс отсечки тока на примере работы двухфазного (m = 2) выпрямителя со средней точкой. Электрическая принципиальная схема для того чтобы выпрямителя представлена на рисунке 1.7,а; его совершенная эквивалентная модель — на рисунке 1.7,б, а графики трансформации токов и напряжений изображены на рисунке 1.7, в.
Обстоятельством появления отсечки токов в вентилях есть изюминке протекания процессов заряда-разряда конденсатора С.
Из теории электрических цепей как мы знаем, что эти процессы экспоненциален (кривые 
и 
изменяются по экспонентам). Разглядим эти процессы подробнее.
а — электрическая принципиальная схема выпрямителя;
б — эквивалентная модель совершенного выпрямителя;
в — графики выпрямленных напряжений и токов.
Рисунок 1.7 — К пояснению результата “отсечки тока” в вентиле
Примем за начало отсчета момент времени, при котором напряжение на конденсаторе ещё превышает величину возрастающего напряжения 
(рисунок 1.7,в). Идет разряд конденсатора, хорошее напряжение на катоде вентиля VD1 больше, чем на его аноде, вентиль закрыт и ток через данный вентиль 
. Разряд идет на резистор нагрузки 
. Разряд конденсатора продолжается , пока напряжение нарастающей полуволны не сравняется с напряжением на конденсаторе ( 
). Это случится через временной отрезок, соответствующий фазовому углу 
. С этого момента начинается заряд конденсатора и через вентиль VD1 протекает ток 
.
Заряд продолжается , пока на спаде полуволны напряжения не появляется равенство 
. Конденсатор перестает заряжаться, ток 
, напряжение на катоде вентиля VD1 снова оказывается хорошим и громадным, чем на аноде. Вентиль запирается, чем и формируется вторая отсечка тока при 
.
Разряд конденсатора по экспоненциальному закону длится , пока хорошая полуволна напряжения 
не подключит конденсатор на заряд при 
и через вентиль VD2 начинает протекать ток 
и т.д.
Учет влияния активных параметров приёмника и маломощного выпрямителя при емкостной нагрузке. В настоящих выпрямителях малой мощности, другими словами при малых токах, не превышающих значение 
и мощностях до 10 Вт, индуктивности магнитного рассеяния обмоток трансформатора мелки и ими в большинстве случаев пренебрегают (принимают 
).
Учитываются лишь активные сопротивления трансформатора гтр и вентилей в прямом направлении 
.
При расчётах эти сопротивления сводят к эквивалентному сопротивлению фазы выпрямителя 
либо 
, (1.8)
где N — число последовательно соединенных вентилей в плече моста.
Электрическая модель для того чтобы выпрямителя для одной фазы представлена на рисунке 1.8, а.
а — модель маломощного выпрямителя;
б — модель выпрямителя средней мощности.
Рисунок 1.8 — Электрические модели выпрямителя при энергично-емкостной нагрузке
В соответствии с схемы рисунка 1.7,б неспециализированный выпрямленный ток равен сумме токов вентилей VD1 и VD2 за период либо сумме токов нагрузки и конденсатора 
.
Ток в конденсаторе и напряжение на нем определяются по формулам:
а) при заряде
; 
б) при разряде
; 
где 
и 
— постоянные времени разряда и цепей заряда соответственно;
— громаднейшее значение тока в конденсаторе.
Постоянные времени 
определяют длительности разряда и процессов заряда (как мы знаем, что продолжительность переходного процесса 
возможно оценить временем 
. Для схемы рисунка 1.8 имеем:
; 
(1.9)
Чем меньше , тем больше крутизна экспоненты, тем стремительнее напряжение 
и ток 
достигают собственных установившихся значений, соответственно — тем больше продолжительность импульса тока, меньше угол отсечки 
.
Потому, что конденсатор разряжается лишь на резистор нагрузки, целесообразно приемник иметь со большим входным сопротивлением 
. Это увеличивает постоянную времени , соответственно — затягивает процесс разряда конденсатора (значительно уменьшается угол отсечки 
), сохраняя напряжение на нагрузке и поддерживая ток нагрузки при отсутствии токов в вентилях.
Базой расчётный параметр “А” выпрямителя, трудящегося на емкостную нагрузку. Возможно коротко сформулировать распознанные изюминки работы маломощного выпрямителя, трудящегося на емкостную нагрузку:
1. Выпрямитель трудится с отсечкой тока вентилей. Продолжительность и пульсов тока — менее .
2. Выпрямленное напряжение на приемнике и ток нагрузки имеют пилообразную форму (рисунок 1.7,в), что довольно часто требует наличия в схеме фильтра дросселя, включенного последовательно с нагрузкой.
3. Сопротивление нагрузки 
значительно влияет на величину угла отсечки 
. Чем больше ток нагрузки (мало 
), тем больше тем меньше 
.
4. Емкость С конденсатора пульсациями собственного тока определяет напряжение пульсации на выходе выпрямителя и искажает форму выпрямленного напряжения.
И главное — все характеристики выпрямителя, трудящегося на емкостную нагрузку, значительно зависят от значений угла отсечки тока . Это усложняет расчёт электрических величин и параметров выпрямителя при данном режиме.
Со своей стороны, угол зависит от многих факторов, причем эта зависимость нелинейная.
Для упрощения расчётов вводят некий обобщенный расчетный параметр А, что разрешает учесть и значения угла отсечки (косвенно), и число фаз выпрямителя, и отношение сопротивления фазы выпрямителя 
к сопротивлению нагрузки .
(1.10)
Конкретно через данный параметр возможно отыскать все токи, напряжения в обмотках трансформатора, в элементах и вентилях фильтра, введя ещё последовательность коэффициентов — функционалов В(А), D(A), F(A), Н(А).
Эти коэффициенты в большинстве случаев заданы в виде графиков для разных значений угла .
Учет индуктивности рассеяния трансформатора выпрямителя средней мощности при емкостной нагрузке. Из теории трансформатора как мы знаем, что возбужденное током i в обмотке (к примеру — во вторичной) потокосцепление магнитного рассеяния 
наводит в данной обмотке ЭДС рассеяния 
. В маломощных выпрямителях токи в обмотках мелки (?0,3.. .0,5 А), соответственно — мелки и э.д.с. рассеяния.
Суммируясь с напряжениями на обмотке (к примеру, 
). они значительно не изменяют эти напряжения. По данной причине индуктивности рассеяния 
трансформатора в таких выпрямителях в большинстве случаев не учитываются.
В противном случае обстоит дело в выпрямителях средней мощности (при токах более1А и напряжениях более 600 В).
Тут токи создают большие потоки рассеяния и индуктируемые ими ЭДС уже заметно воздействуют на размеры напряжений, подводимых к блоку вентилей, исходя из этого индуктивность рассеяния трансформатора , приведенная ко вторичной обмотке, при расчёте выпрямителя средней мощности должна быть непременно учтена.
Расчётная электрическая модель фазы выпрямителя с учетом индуктивности рассеяния приведена на рисунке 1.8, б.
В данной модели выпрямителя учитывается влияние в каждой фазе реактивного сопротивления рассеяния 
(для главной гармоники пульсаций тока в вентиле 
, имеющей ту же частоту, что и частота сети).
Учет этого явления осуществляется кроме этого посредством коэффициентов В, D, F, Н, но не только в функции параметра А, но и в функции угла сдвига фаз ф между главной гармоникой тока в вентиле 
и напряжением 
на участке “а — в” (рисунок 1.8, б).
. (1.11)
Кривые В (А,?); D (А,?); F (А,?); H (А,?) приведены в Приложении (картинки П1; П2)