思考(1) -- 关于半波整流

PowerAnts · 发表于2016-12-16 23:28

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问题: 一个输出功率1W(纯阻负载)的小功率工频变压器, 用半波整流为RL供电, 不考虑D的损耗, 设节RL的阻值使变压器达到额定温升, 请问RL上最大电功率是多少?

lgltkj · 发表于2016-12-17 10:17

答案什么时候公布，最好有分析

dontium · 发表于2016-12-17 10:34

呵呵，这题答错者占多数，

输出功率 ------ 指的是平均功率，并不是“平均功率的一半”

PowerAnts · 发表于2016-12-17 10:37

本帖最后由 PowerAnts 于 2016-12-17 10:50 编辑

不考虑杂散电容, 主贴中变压器分解成下面绿色框的变压器模型, 由励磁电感Lm(具有电阻Rm) 与红框理想变压器组成

设理想变压器的变比为1:1, 则半波整流等效为下图

由于交流电源具备一定的内阻, 至少还有线损, 故变压器回路中电流的正半周大于负半周, 故变压器初级的电压波形是不对称的, 如下图

结论我就不说了, 留给大家去思考...

PowerAnts · 发表于2016-12-17 10:49

本帖最后由 PowerAnts 于 2016-12-17 10:55 编辑

直接说出答案, 绝大多数人可能就不会去思考, 而思考的过程是一种综合性的提升.
与其让一半的人加30分, 不如让1/10的人加80分, 让1/100的人加90分, 对整个电工行业更有用

PowerAnts · 发表于2016-12-17 10:59

我说说我的思路: 让中级水平的电工有个大致的方向(高等级电工应该已经想到了)

1, 求非对称交流电压的偏移量;
2, 求现实变压器初级的磁化直流电平(达到饱和需要的直流电压);
3, 求磁通偏移量大小, 看看磁化程度对变压器的影响;
4. 在线圈电流有效值恒定的条件下, 求RL的变化

PowerAnts · 发表于2016-12-17 11:26

更何况, 在现实中的低压电网中不可能只有小功率半波整流这一电器, 还有许多对称性的大功率电器, 因此半波整流引起的非对称性电压已经被极大的平抑. 不过基于设备安全的角度考虑, 我们仍需考虑只有这只小功率半波整流电器运行的极端情况.

okhxyyo · 发表于2016-12-17 11:36

说的好！！！

zhangxiyi5277 · 发表于2016-12-17 12:56

很受学习，，谢谢蚂蚁前辈，，

LearningASM · 发表于2016-12-17 17:38

不懂，过来围观大神

PowerAnts · 发表于2016-12-24 01:03

本帖最后由 PowerAnts 于 2016-12-24 11:08 编辑

由于在一周之前已经别的网站发了结果, 我想还是在这里公布我推断的结果, 不过尚需试验验证, 抽空找个适合的功率可调电阻测试一下, 工频变压器倒是大大小小有十几个.
我的认识是: 工频变压器的偏磁不是二次侧电流的直流分量对铁芯进行磁化, 而是半波电流引起初级电压不对称, 初级电压具有直流分量, 但是此值很小, 不足以对变压器产生明显的影响. 因此半波整流的输出电流有效值与全波整流相等, 而输出电压有效值为全波的0.707倍, 输出功率也为全波的0.707倍.

修改原因: 增加红体字部份

maychang · 发表于2016-12-24 08:11

PowerAnts 发表于 2016-12-24 01:03
由于在一周之前已经别的网站发了结果, 我想还是在这里公布我推断的结果, 不过尚需试验验证, 抽空找个适合的 ...

我对半波整流的直观认识，是在一次产品质量检验中。那时国产硅整流二极管已经开始生产(金属封装)，但大功率三极管还不过关。某家广播设备厂设计了一种150W电子管扩音机，采用二极管桥式整流供给功率放大器，功率放大器仍使用电子管(供电电压600V).。
忘记测试什么项目了，好像是频率响应，扩音机并不是满功率输出，测试时间大约半小时。扩音机可以工作，也通过了测试。但测试结束后，发现变压器非常热，外包绝缘已经烧焦，所幸绕组还没有短路。检查结果，是全桥的一臂二极管断路。这样就变成了半波整流，导致变压器发热过甚。如果扩音机是满功率输出，变压器必定烧毁，测试也就不用做了。

PowerAnts · 发表于2016-12-24 11:28

maychang 发表于 2016-12-24 08:11
我对半波整流的直观认识，是在一次产品质量检验中。那时国产硅整流二极管已经开始生产(金属封装)，但大功 ...

忽略功放管压降, 150W的正弦输出需要191W的输入功率(理论效率78.5%), 我做了图表来作一个直观分析.

先设变压器初级由理想交流电源源供电, 额定温升的情况下, 次级整流额定输出大约是191*0.707=135W, 这时对应的输出功率是75W, 效率55.55%, 输出功率小于额定值的一半的话, 不会有问题;

实际上, 由于受电电量的限制, 电子管功放年代的供电线路基本是铝线, 还比较细, 几欧的线路电阻是很普遍的, 如果当时给这台功放供电的这条线路上设备比较少, 甚至没有的话, 正负半周电流相差1A多, 变压器初级就有几伏的直流分量, 对于两三百VA的变压器来说, 初级只允许1V的直流分量.

在线路阻抗较大的情况下, 大功率"半波整流"(故障情况)对变压器是危险的, 这时的输出功率远远达不到理论值0.707倍, 功率越大, 限制越明显.

另外, 此分析显示, 放大器损耗最大处不在最大功率处, 而在40%输出功率处. 供从事线性功放的网友优化散热器参考.

wg3613

谢谢楼主分享，学习了

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