4 Расчёт характеристик выпрямителя

4.1 Внешние характеристики

Внешней характеристикой выпрямителя называется зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения тока нагрузки при постоянном угле регулирования . Эту зависимость с учётом (2.8) и (3.1) выражают следующей формулой:

(4.1)

В проекте необходимо построить четыре характеристики: при = 0,

и .

Выражение (4.1) представляет собой уравнение прямой линии, поэтому для построения каждой характеристики достаточно рассчитать две точки: =0 при (холостой ход) и = (режим номинальной нагрузки). Результаты расчёта следует свести в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Внешние характеристики выпрямителя

Угол регулирования ,рад	Выпрямленное напряжение , В
	при =0 (холостой ход)	при = (режим номинальной нагрузки)
= 0
=

Внешние характеристики выпрямителя при разных значениях приведены на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Внешние характеристики выпрямителя при разных значениях угла

4.2 Регулировочные характеристики

Регулировочной характеристикой выпрямителя называется зависимость среднего значения выходного (выпрямлённого) напряжения от угла регулирования α. Регулировочные характеристики могут рассчитываться для различных видов нагрузки (активная, активно-индуктивная, активноёмкостная).

Расчёт регулировочной характеристики производится по формуле (4.1) для двух значений тока нагрузки: (холостой ход) и (режим номинальной нагрузки). Значение для расчёта задаётся в диапазоне от 0 до через 0,523 рад (30˚) для семи значений: 0; 0,523; 1,046; 1,569; 2,093; 2,616; 3,14. Результаты расчёта необходимо свести в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Регулировочные характеристики выпрямителя

Угол регулирования , рад		0	0,523	1,046	1,569	2,093	2,616	3,14
, В

По данным таблицы 4.2 строятся регулировочные характеристики выпрямителя, представленные на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Регулировочные характеристики выпрямителя

4.3 Энергетические характеристики (коэффициенты мощности и полезного действия)

Коэффициент мощности выпрямителя определяется как отношение активной мощности первичной обмотки трансформатора Р к её полной мощности К

Коэффициент К является одним из основных параметров выпрямителя, определяющим экономические показатели системы преобразования энергии переменного тока в постоянный ток.

При наличии синусоидальной формы питающего напряжения сети активная мощность равна

где – действующее значение первой гармонической составляющей тока первичной обмотки трансформатора;

- действующее значение напряжения питания выпрямителя;

– угол сдвига фаз между и .

Полная мощность первичной обмотки трансформатора

Отсюда будет равен

(4.2)

где – коэффициент искажения тока первичной обмотки трансформатора.

Угол сдвига фаз зависит от углов и

(4.3)

С учётом разложения кривой тока прямоугольной формы в ряд Фурье получим её выражение

. (4.4)

Действующее значение тока прямоугольной формы

(4.5)

В результате получим выражение коэффициента искажения тока

(4.6)

Таким образом, коэффициент мощности будет равен

(4.7)

Значения для расчёта при полученных значениях и в номинальном режиме задаются в диапазоне от 0 до через 0,523 рад (30°) для семи значений: 0; 0,523; 1,046; 1,569; 2,093; 2,616; 3,14. Результаты расчётов необходимо свести в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 – Коэффициент мощности выпрямителя

α, рад	0	0,523	1,046	1,569	2,093	2,616	3,14

По данным таблицы 4.3 строится кривая коэффициента мощности в зависимости от α (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 – Характеристика коэффициента мощности

Коэффициент полезного действия выпрямителя определяется как отношение активной полезной мощности выпрямителя с учётом потерь мощности в вентилях к активной полезной мощности выпрямителя без учёта потерь мощности на вентилях выпрямителя.

Так как ток нагрузки протекает в каждый полупериод напряжения через одно тиристорное и одно диодное плечо моста, то выходное напряжение выпрямителя будет меньше рассчитанного напряжения выпрямителя по формуле (4.7) на сумму падений напряжения на этих плечах. В результате

где – сумма падений напряжения на вентилях (диодах и тиристорах) выпрямителя. Падение напряжения в среднем на силовом диоде = 1,5 В, а на силовом тиристоре = 20 В. Общая сумма падений напряжения на вентилях выпрямителя рассчитывается для двух последовательно включённых плеч выпрямителя в каждом полупериоде напряжения с учётом количества последовательно включённых вентилей в каждом плече. Число рассчитывается для одного плеча выпрямителя (разд. 5) исходя из напряжения вторичной обмотки трансформатора, приходящегося на плечо, и класса вентиля (см. в задании к курсовому проекту). В результате

Коэффициент полезного действия η рассчитывается для номинальной нагрузки при = .