Краткие теоретические сведения. Выпрямителем называют устройство, предназначенное для преобразова- ния энергии источника переменного тока в постоянный ток

Выпрямителем называют устройство, предназначенное для преобразова- ния энергии источника переменного тока в постоянный ток. Схемы с потреб-

ляемой нагрузкой до нескольких сотен ватт относят к классу маломощных вы- прямителей. Такие выпрямители предназначены для питания постоянным то- ком различных устройств, решающих задачи управления, регулирования, пере- работки и отображения информации и т.д. При указанной мощности нагрузки задачу преобразования электрической энергии переменного тока в постоянный ток решают с помощью однофазных выпрямителей, питающихся от однофаз- ной сети переменного тока. Структурная схема системы преобразования элек- трической энергии с однофазным выпрямителем показана на рисунке 3.1. Эта схема представляет собой схему маломощного источника питания.

Выпрямитель

Трансфор-

U1 матор U2

Диодная схема

+Сглажива-

Ud ющий

- фильтр

+

Udф

-

Стабилиза- тор напря- жения

+

Udн

-

Нагрузка

Рисунок 3.1 - Структурная схема системы преобразования электрической энер-

гии с однофазным выпрямителем

Основой такой схемы является выпрямитель на одном или нескольких диодах, соединенных по определенной схеме. Функция трансформатора сво- дится к повышению или понижению вторичного напряжения U2 при заданном первичном напряжении U1 с целью получения требуемой величины постоянно-

го напряжения на выходе.

Принцип выпрямления основывается на получении с помощью диодной схемы из двуполярной синусоидальной кривой напряжения U2 однополярных полуволн напряжения Ud. Напряжение Ud характеризует кривую выпрямлен- ного напряжения выпрямителя. Ее постоянная составляющая определяет сред-

нее значение выпрямленного напряжения.

Простейшим выпрямителем является схема однофазного однополупери- одного выпрямителя (рисунок 3.2).

Рассмотрим еѐ работу в предположении, что входное напряжение изме- няется по закону Uвх = Um Sin w t. На интервале времени 0 < t > T/2 полупровод-

никовый диод D1 смещѐн в прямом направлении и напряжение, а, следователь- но, и ток на нагрузочном резисторе повторяют форму входного сигнала (рису- нок 3.3). На интервале T/2 < t > T диод D1 смещѐн в обратном направлении, и напряжение и ток в нагрузке равны нулю. При заданном входном напряжении Uвх = Um Sin w t для нечѐтных его полупериодов выпрямленный ток в нагру- зочном резисторе будет создавать на нѐм падение напряжения, среднее значе- ние которого равно Ud=Um/ p.

uвх

t

0 T/2 T 3T/2

uн Um

t

0 T/2 T 3T/2

iн

Im

0 t

T/2 T 3T/2

Рисунок 3.3- Временные диаграммы однополупериодного выпрямителя

Анализируя временные диаграммы на рисунке 3.3, можно сделать вы- вод, что параметры выходного напряжения выпрямителя улучшаются, если ток нагрузки будет протекать в оба полупериода действия входного напряжения. Для этого используют два однополупериодных выпрямителя, работающих син- хронно и противофазно на одну нагрузку. Такая схема называется однофазной двухполупериодной схемой выпрямителя со средней точкой (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 - Двухполупериодная схема выпрямителя со средней точкой

Нетрудно заметить, что в данном случае средние значения напряжения нагрузки будут в два раза превышать напряжение однофазной однополупери- одной схемы Ud=2Um/ p.

Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя показаны на рисунке 3.5.

uвх

t

0 T/2 T 3T/2

uн Um

t

0 T/2 T 3T/2

iн

Im

0 t

Рисунок 3.5 - Временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя

Частота выходного сигнала f для схемы с однополупериодным или двух- полупериодным выпрямителем вычисляется как величина, обратная периоду выходного сигнала f=1/Т. При этом период сигнала на выходе однополупери- одного выпрямителя в два раза больше, чем у двухполупериодного.

Максимальное обратное напряжение на диоде однополупериодного вы- прямителя равно максимуму входного напряжения. Максимальное обратное

напряжение Umax на каждом диоде двухполупериодного выпрямителя с отво- дом от средней точки трансформатора равно разности удвоенного максималь- ного значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора U2m и пря- мого падения напряжения на диоде Uпp: Umax = U2m - Uпp. Схема мостового выпрямителя приведена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Схема мостового выпрямителя

Среднее значение выходного напряжения Ud (постоянная составляющая)

мостового выпрямителя вычисляется по формуле:

Ud= 2Um/…/π

где максимум вторичного напряжения на полной обмотке трансформато-

ра U2m вычисляется по формуле:

U2m= U1m(n2/n1)= U1m/20

U1m - максимальное значение напряжения на первичной обмотке транс- форматора. Максимальное обратное напряжение Umaх на каждом диоде для

схемы с выпрямительным мостом равно напряжению на вторичной обмотке U2m. Частота выходного напряжения f для схемы с двухполупериодным мос- товым выпрямителем вычисляется по формуле: f=1/Т, где Т — период напря- жения на выходе выпрямителя.