Однофазные выпрямители

Однофазная схема выпрямления

Схема однофазного однотактного (однополупериодного) выпрямителя приведена на рисунке 2, а. Выпрямитель состоит из однофазного двухобмоточного трансформатора , полупроводникового диода-вентиля и нагрузки определяется по заданным и , т.е. .

Для качественного анализа параметров выпрямителя рассмотрим временные диаграммы напряжений и токов в элементах, схемы, имея в виду, что зависимость тока через вентиль от приложенного к нему напряжения нелинейная. Как это видно из вольтамперной характеристики (ВАХ) диода (рисунок 3) вентиля, он проводит ток преимущественно в одном направлении - от анода к катоду. Такое направление считается прямым и характеризуется величинами , , при этом потенциал анода выше потенциала катода. Другое направление тока, от катода к аноду (, – третий квадрант на рисунке 3), считается обратным. Расчет выпрямителя, основанный на полном учете параметров вентилей, получается неоправданно сложным, и с целью его упрощения ВАХ вентилей обычно аппроксимируют кусочно-линейными зависимостями.

При и (обычно , ) реальный вентиль в схемах замещения заменяется на идеальный вентиль (ИВ), ВАХ которого приведена на рисунке 4.

Пренебрегая индуктивностью рассеяния и активным сопротивлением обмоток трансформатора, получим временные диаграммы (рисунок 2, б), иллюстрирующие принцип работы выпрямителя.

В положительный полупериод напряжение на резисторе , а при , , при этом . Такой выпрямитель имеет высокий уровень пульсаций, низкий КПД и обычно используется для питания маломощных потребителей (кинескопы, электронно-лучевые трубки).

Мостовая схема выпрямления

На рисунке 5 приведена однофазная (двухполупериодная, двухтактная) мостовая схема выпрямления. Она состоит из однофазного трансформатора , четырех вентилей , включенных по мостовой схеме, и нагрузки выпрямителя . Действие схемы поясняется на рисунке 5, (б), где показаны формы токов и напряжений в различных сучениях идеализированной схемы.

Допустим, что напряжение ни вторичной обмотке трансформатора изменяется в соответствии с рисунком 5, б. Тогда в течение первого полупериода к вентилям и будет приложено прямое напряжение (а к вентилям и – обратное) и в цепи, образованной вторичной обмоткой трансформатора, вентилями , и нагрузкой, будет проходить импульс тока (рисунок 5, б).

Рисунок 2 – Схема однофазного однополупериодного выпрямителя (а), временные диаграммы (б), внешняя характеристика (в)

Рисунок 3 – Вольт-амперные характеристики вентиля

Рисунок 4 – Вольт-амперные характеристики реального вентиля

Форма напряжения на будет повторять форму . При происходит смена полярности напряжения и при вентили , проводят ток, а , заперты. В нагрузке проходит импульс тока , направление которого совпадает с , а во вторичной обмотке трансформатора направлен навстречу (рисунок 5, б). Поэтому их постоянные составляющие компенсируются, а трансформатор работает в режиме без постоянного подмагничивания, в отличие от схемы однополупериодного выпрямления (рисунок 2). Таким образом, за период преобразуемого напряжения в проходят два импульса тока и, следовательно, частота пульсаций 1-й гармоники выпрямленного напряжения . Средние составляющие и в 2 раза больше, чем в однополупериодном выпрямителе, что является важным достоинством такой схемы выпрямления.