Меню

Временные диаграммы изменения напряжения



Основные схемы выпрямления, временные диаграммы.

Выпрямителем называется электронное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока в постоянный. В основе выпрямителей лежат полупроводниковые приборы с односторонней проводимостью – диоды и тиристоры.

Однофазная однополупериодная (однотактная) схема выпрямления

На рисунке 1 представлена простейшая схема выпрямления. Схема содержит один выпрямительный диод, включенный между вторичной обмоткой трансформатора и нагрузкой.

Рисунок 1 — Однофазный однополупериодный выпрямитель: а) схема — диод открыт, б) схема — диод закрыт, в) временные диаграммы работы

Напряжение u2 изменяется по синусоидальному закону, т.е. содержит положительные и отрицательные полуволны (полупериоды). Ток в цепи нагрузки проходит только в положительные полупериоды, когда к аноду диода VD прикладывается положительный потенциал (рис. 1, а). При обратной полярности напряжения u2 диод закрыт, ток в нагрузке не протекает, но к диоду прикладывается обратное напряжение Uобр (рис. 1, б).

Т.е. на нагрузке выделяется только одна полуволна напряжения вторичной обмотки. Ток в нагрузке протекает только в одном направлении и представляет собой выпрямленный ток, хотя носит пульсирующий характер (рис. 1, в). Такую форму напряжения (тока) называют постоянно-импульсная.

Выпрямленные напряжения и ток содержат постоянную (полезную) составляющую и переменную составляющую (пульсации). Качественная сторона работы выпрямителя оценивается соотношениями между полезной составляющей и пульсациями напряжения и тока. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет 1,57. Среднее за период значение выпрямленного напряжения Uн = 0,45U2. Максимальное значение обратного напряжения на диоде Uобр.max = 3,14Uн.

Достоинством данной схемы является простота, недостатки: плохое использование трансформатора, большое обратное напряжение на диоде, большой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.

Однофазная мостовая схема выпрямления

Состоит из четырех диодов, включенных по мостовой схеме. В одну диагональ моста включается вторичная обмотка трансформатора, в другую – нагрузка (рис. 2). Общая точка катодов диодов VD2, VD4 является положительным полюсом выпрямителя, общая точка анодов диодов VD1, VD3 — отрицательным полюсом.

Рисунок 2 — Однофазный мостовой выпрямитель: а) схема — выпрямление положительной полуволны, б) выпрямление отрицательной полуволны, в) временные диаграммы работы

Полярность напряжения во вторичной обмотке меняется с частотой питающей сети. Диоды в этой схеме работают парами поочередно. В положительный полупериод напряжения u2 проводят ток диоды VD2, VD3, а к диодам VD1, VD4 прикладывается обратное напряжение, и они закрыты. В отрицательный полупериод напряжения u2 ток протекает через диоды VD1, VD4, а диоды VD2, VD3 закрыты. Ток в нагрузке проходит все время в одном направлении.

Схема является двухполупериодной (двухтактной), т.к. на нагрузке выделяется оба полупериода сетевого напряжения Uн = 0,9U2, коэффициент пульсаций — 0,67.

спользования мостовой схемы включения диодов позволяет для выпрямления двух полупериодов использовать однофазный трансформатор. Кроме того, обратное напряжение, прикладываемое к диоду в 2 раза меньше.

Питание постоянным током потребителей средней и большой мощности производится от трехфазных выпрямителей, применение которых снижает загрузку диодов по току и уменьшает коэффициент пульсаций.

Трехфазная мостовая схема выпрямления

Схема состоит из шести диодов, которые разделены на две группы (рис. 2.61, а): катодную — диоды VD1, VD3, VD5 и анодную VD2, VD4, VD6. Нагрузка подключается между точками соединения катодов и анодов диодов, т.е. к диагонали выпрямленного моста. Схема подключается к трехфазной сети.

Рисунок 3 — Трехфазный мостовой выпрямитель: а) схема, б) временные диаграммы работы

В каждый момент времени ток нагрузки протекает через два диода. В катодной группе в течение каждой трети периода работает диод с наиболее высоким потенциалом анода (рис. 3, б). В анодной группе в данную часть периода работает тот диод, у которого катод имеет наиболее отрицательный потенциал. Каждый из диодов работает в течение одной трети периода. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет всего 0,057.

Читайте также:  Какова единица измерения напряжения электрического поля

Управляемыми выпрямителями — выпрямители, которые совместно с выпрямление переменного напряжения (тока) обеспечивают регулирование величины выпрямленного напряжения (тока).Схемы управляемых выпрямителей строятся на тиристорах и основаны на управлении моментом открытия тиристоров.

На рисунке 4,а представлена схема однофазного управляемого выпрямителя. Для возможности выпрямления двух полуволн сетевого напряжения используется трансформатор с двухфазной вторичной обмоткой, в которой формируется два напряжения с противоположными фазами. В каждую фазу включается тиристор. Положительный полупериод напряжения U2 выпрямляет тиристор VS1, отрицательный – VS2.

Схема управления СУ формирует импульсы для открывания тиристоров. Время подачи открывающих импульсов определяет, какая часть полуволны выделяется на нагрузке. Тиристор отпирается при наличии положительного напряжения на аноде и открывающего импульса на управляющем электроде.

Если импульс приходит в момент времени t0 (рис. 4,б) тиристор открыт в течении всего полупериода и на нагрузке максимальное напряжение, если в моменты времени t1, t2, t3, то только часть сетевого напряжения выделяется в нагрузке.

Рисунок 4 — Однофазный выпрямитель: а) схема, б) временные диаграммы работы

Угол задержки, отсчитываемый от момента естественного отпирания тиристора, выраженный в градусах, называется углом управления или регулирования и обозначается буквой α. Изменяя угол α (сдвиг по фазе управляющих импульсов относительно напряжения на анодах тиристоров), мы изменяться время открытого состояния тиристоров и соответственно выпрямленное напряжение на нагрузке.

Источник

Как построить векторную диаграмму токов и напряжений

Векторные диаграммы — метод графического расчета напряжений и токов в цепях переменного тока, в которых переменные напряжения и токи символически (условно) изображаются с помощью векторов.

В основе метода лежит тот факт, что всякую величину, меняющуюся по синусоидальному закону (смотрите — синусоидальные колебания), можно определить как проекцию на какое-то выбранное направление вектора, вращающегося вокруг своей начальной точки с угловой скоростью, равной угловой частоте колебаний изображаемой переменной величины.

Поэтому всякое переменное напряжение (или переменный ток), меняющееся по синусоидальному закону, можно изображать с помощью такого вектора, вращающегося с угловой скоростью, равной угловой частоте изображаемого тока, причем длина вектора в определенном масштабе изображает амплитуду напряжения, а угол — начальную фазу этого напряжения.

Если рассмотреть электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных источника переменного тока, резистора, индуктивности и конденсатора, где U – мгновенное значение переменного напряжения, а i – это ток в текущий момент времени, причем U изменяется по синусоидальному (косинусоидальному) закону, то для тока можно записать:

Согласно закону сохранения заряда, в любой момент времени ток в цепи имеет одно и то же значение. Следовательно на каждом элементе будет падать напряжение: UR– на активном сопротивлении, UC – на конденсаторе, и UL – на индуктивности. Согласно второму правилу Кирхгофа, напряжение источника будет равно сумме падений напряжений на элементах цепи, и мы имеем право записать:

Заметим, что согласно закону Ома: I = U/R, и тогда U = I*R. Для активного сопротивления значение R определяется исключительно свойствами проводника, оно не зависит ни от тока, ни от момента времени, следовательно ток совпадает по фазе с напряжением, и можно записать:

А вот конденсатор в цепи переменного тока обладает реактивным емкостным сопротивлением, и напряжение на конденсаторе все время отстает по фазе от тока на Пи /2 , значит пишем:

Катушка, обладающая индуктивностью, в цепи переменного тока выступает реактивным индуктивным сопротивлением, и напряжение на катушке в любой момент времени опережает по фазе ток на Пи/ 2 , следовательно, для катушки запишем:

Можно записать теперь сумму падений напряжений, но в общем виде для приложенного к цепи напряжения можно записать:

Видно, что здесь имеет место некий сдвиг фаз, связанный с реактивной составляющей общего сопротивления цепи при протекании по ней переменного тока.

Читайте также:  Стабилизаторы напряжения avr defender инструкция

Поскольку в цепях переменного тока и ток и напряжение изменяются по закону косинуса, причем мгновенные значения отличаются между собой лишь фазой, то физики придумали в математических расчетах рассматривать токи и напряжения в цепях переменного тока как векторы, поскольку тригонометрические функции можно описать через векторы. Итак, запишем напряжения в виде векторов:

Используя метод векторных диаграмм, можно вывести, например, закон Ома для данной последовательной цепи в условиях протекания по ней переменного тока.

Согласно закону сохранения электрического заряда, в любой момент времени ток во всех частях данной цепи одинаков, так отложим же векторы токов, построим векторную диаграмму токов:

Пусть в направлении оси Х будет отложен ток Im – амплитудное значение тока в цепи. Напряжение на активном сопротивлении совпадает по фазе с током, значит эти векторы будут сонаправленными, отложим их из одной точки.

Напряжение на конденсаторе отстает на Пи/2 от тока, следовательно откладываем его под прямым углом вниз, перпендикулярно вектору напряжения на активном сопротивлении.

Напряжение на катушке опережает на Пи /2 ток, следовательно откладываем его под прямым углом вверх, перпендикулярно вектору напряжения на активном сопротивлении. Допустим, что для нашего примера UL>UC.

Поскольку мы имеем дело с векторным уравнением, сложим векторы напряжений на реактивных элементах, и получим разницу. Она будет для нашего примера (мы приняли что UL>UC) направлена вверх.

Прибавим теперь вектор напряжения на активном сопротивлении, и получим, по правилу векторного сложения, вектор суммарного напряжения. Так как брали максимальные значения, то и получим вектор амплитудного значения общего напряжения.

Так как ток менялся по закону косинуса, то напряжение тоже меняется по закону косинуса, но со сдвигом фаз. Между током и напряжением есть постоянный сдвиг фаз.

Запишем закон Ома для общего сопротивления Z (импеданса):

Из векторных изображений по Теореме Пифагора можем записать:

После элементарных преобразований получим выражение для полного сопротивления Z цепи переменного тока, состоящей из R, C и L:

Тогда получим выражение для закона Ома для цепи переменного тока:

Заметим, что наибольшее значение тока получатся в цепи при резонансе в условиях, когда:

Косинус фи из наших геометрических построений получается:

Источник

Электростанции

right slice

Навигация

  • Меню сайта
    • Организация эксплуатации
    • Электрические схемы
    • Турбогенераторы
    • Трансформаторы и автотрансформаторы
    • Распределительные устройства
    • Электродвигатели
    • Автоматика
    • Тепловая изоляция
    • Регулирование энергоблоков
    • Тяговые подстанции
    • Выпрямители и зарядные устройства
    • Проектирование электрических сетей и систем
    • Электрооборудование электротермических установок
    • Электрооборудование земснарядов
    • Цифровая электроника

Меню раздела

Временные диаграммы

Временные диаграммы, также называемые импульсными диаграммами, являются вспомогательным средством для лучшего понимания работы триггера и всей схемы в целом.
Входные сигналы временных диаграмм заданы заранее или могут выбираться любыми. Выходные сигналы зависят от входных сигналов.
Поясним сказанное на простом примере. На рис. 7.88 изображен не тактируемый ^S’-триггер, так называемый ЛУ-триггер хранения с таблицей истинности и временными диаграммами. Таблица истинности действительна для момента времени t.

RS-триггер хранения с таблицей истинности для момента времени tm и временной диаграммой

Рис. 7.88. RS-триггер хранения с таблицей истинности для момента времени tm и временной диаграммой

В момент времени tx триггер устанавливается, так как на S действует 1-сигнал. В момент времени t2 триггер сбрасывается. На выходе R сигнал 1. В момент времени /3 триггер снова устанавливается.
Особенно интересен момент /4. С этого момента времени на обоих входах действует сигнал 1. Эта комбинация запрещена. Оба выхода переключаются в 1. Если в момент времени t5 на /?-вход подать 0, то Q2 также установится в 0.
В точке t6 5-сигнал равен 0. Триггер остается установленным. Сброс возможен только при R = 1. В точке t7 триггер мог бы быть снова установлен. Однако он еще не установлен. Поэтому выходные состояния не изменяются.
В точке ?8 Л-сигнал становится равным 1. Однако на достается 1. Снова возникает некорректная комбинация Qt = 1 и Q2 = 1. Особенно критическим является момент t9, в котором S и R сигналы одновременно снижаются до 0. Становится неясно, в какое состояние установится триггер. Комбинация S = R — 1 является запрещенной и ее следует избегать.
Рассмотрим рис. 7.89. Даны входные сигналы S и R и сигнал синхронизации Т. В момент времени tx S = 1, однако к Т еще подведен 0-сигнал. Триггер не может установиться. Только к моменту времени t2 триггер установится. В точке /3 он сбросится.
В точке t S становится равным 1, а в точке t R = 1.

Читайте также:  Характеристики реле регулятора напряжения

Тактируемый RS-триггер с доминирующим R-входом, таблицей истинности и временной диаграммой

Рис. 7.89. Тактируемый RS-триггер с доминирующим R-входом, таблицей истинности и временной диаграммой

Так как тактирующий сигнал не включен, то эти сигналы не оказывают влияния на триггер. Только в точке t6 они действуют на триггер. Теперь триггер должен был бы сброситься. Однако он уже сброшен и, следовательно, состояние выходов не изменяется.
В точке t7 триггер устанавливается. В точке t% происходит сброс, так как несмотря на единичные состояния S и R входов, 7?-вход имеет приоритет. Состояние выхода Q2 находится всегда в противофазе к состоянию выхода Qv Какая временная диаграмма, соответствует Ql и Qv если бы RS-трттор с доминирующим jR-входом управлялся по переднему фронту синхроимпульса? Соответствующая временная диаграмма представлена на рис. 7.90. Триггер можно переключать только в моменты времени tv tv ty В точке tx триггер будет установлен, так как S = 1. В точке t2 триггер сбрасывается, так как S = R = 1. В точке t3 триггер снова устанавливается (S = 1). Для Qx и Q2 получается совершенно другая диаграмма, чем на рис. 7.89.

Управляемый по одному фронту RS и JK-триггер

Для управляемого по одному фронту /ЙГ-триггера на рис. 7.91 получается следующая временная диаграмма. Триггер может переключаться только в моменты времени tv t2, t3, t4, ts и t6. Только в эти моменты времени подаются задние фронты С-сигнала.
В точке tx триггер установится, так как /= 1. В точке tx триггер сбросится, так как К — 1. В момент времени t3 триггер должен был бы сброситься, однако так как он уже сброшен, то состояния выходов Qx и Q2 не изменяются.
В точке t4 /= 1 и К= 1. Триггер переключается. Так как перед моментом времени Qx был равен 0, то после t4 Qx = 1. В точках ts и t6 триггер переключается в противоположное состояние. Состояние выхода Q2 всегда находится в противофазе к состоянию выхода Qx.
В качестве следующего примера рассмотрим временные диаграммы управляемого по двум фронтам /А’-триггера (рис. 7.92). В точке tx входной сигнал / = 1 поступает в ведущий триггер. И только в момент времени t2 (с обратным фронтом синхроимпульса) на выходах появляются сигналы, соответствующие режиму установки Qx — 1 и Q2 = 0.
В момент времени Г3 / = 0 и К = 0. Это режим хранения. Поэтому в точке /4 состояния выходов не меняются.
В точке t5 входной сигнал К= 1 поступает в ведущий триггер. Но лишь в момент времени t6 на выходах появляются сигналы, соответствующие режиму сброса Qx = 0 и Q2= 1.
В момент времени t7 J = 1 и К = 1. При такой комбинации входных сигналов триггер переключит выходы в состояния, противоположные текущим, но только в момент времени tr
В точке t9 AT становится равным 1. Сброс выходных сигналов происходит в точке tl0.

Управляемый по двум фронтам JK-триггер (MS-триггер) с таблицей истинности и временной диаграммой

Рис. 7.92. Управляемый по двум фронтам JK-триггер (MS-триггер) с таблицей истинности и временной диаграммой

Источник

Adblock
detector