Однофазные выпрямители

Схемы выпрямителя с выводом нулевой точки. На рис. 8.2, а показана схема однофазного двухполупериодного выпрямителя.

В дпухполупериодном выпрямителе в течение одной половины периода переменного напряжения ток проходит через диод , а в течение другой половины периода через диод . Транформатор Тр выполнен с двумя вторичными обмотками, имеющими общий (нулевой) вывод. Временные диаграммы напряжений и токов первичной и вторичных обмоток трансформатора, а также сопротивления нагрузки представлены на рис. 8.2.б. Диоды и работают поочередно благодаря противофазности ЭДС и во вторичных обмотках трансформатора.

В первый полупериод (интервал 0-π) потенциал анода диода (точка a) положителен, а диода (точка b) – отрицателен. Поэтому в цепи диод – резистор проходит анодный ток , диод заперт. В следующий полупериод (интервал π-2π) фазы ЭДС на вторичных обмотках изменяются на 180°. При этом диод заперт, а открыт диод , пропускающий в нагрузку ток . Таким образом, ток в нагрузке в течение всего периода переменного напряжения проходит в одном и том же направлении за счёт чередующихся токов ток и ток . Этот ток вызывает на нагрузке пульсирующее напряжение ток .

Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке при идеальных вентилях и трансформаторе с учётом того, что мгновенное значение ЭДС вторичной обмотки , где - действующее значение фазной ЭДС определяем из выражения

При этом узел связи катодов диодов является положительным плюсом выпрямленного напряжения. Среднее значение выпрямленного тока

Среднее значение тока через каждый диод в два раза меньше тока нагрузки:

К запертому вентилю прикладывается обратное напряжение, равное напряжению на вторичной обмотке трансформатора, так как анод неработающего диода присоединен к одной фазе, а его катод через проводящий диод, падение напряжения на котором в предположении идеальности вентиля равно нулю, - к другой фазе вторичной обмотки транформатора. Максимальное значение обратного напряжения равно двойной амплитуде фазного напряжения:

Поскольку во вторичных обмотках токи проходят поочередно и имеют противоположные направления, по первичной обмотке проходит чисто синусоидальный ток. Действующее значение этого тока с учетом коэффициента трансформации трансформатора .

Следует отметить, что дополнительное подмагничивание сердечника трансформатора отсутствует, так как постоянные составляющие токов вторичных обмоток направлены встречно.

Из временных диаграмм (рис. 8.2. б) видно, что напряжение на нагрузке достигает максимума дважды за период напряжения сети. Поэтому частота основной гармоники пульсирующего напряжения равно удвоенной частоте сетевого напряжения. Для определения коэффициента пульсаций нужно найти амплитуду основной гармоники, разложив в ряд Фурье несинусоидальное выпрямленное напряжение. Для рассматриваемой схемы

Мостовая схема выпрямителя. Другим вариантом однофазного двухполупериодного выпрямителя является мостовая схема (рис. 8.3. а). Она состоит из трансформатора и четырех диодов, являющихся плечами моста. К одной диагонали моста приложена переменная ЭДС вторичной обмотки трансформатора , во вторую диагональ включена нагрузка .

При положительной полуволне ЭДС вторичной обмотки трансформатора (интервал 0-π на рис. 8.3. б) ток , вызванный действием этой ЭДС, проходит по цени: точка a с положительным потенциалом – открытый диод - резистор - открытый диод - точка b с отрицательным потенциалом. Диоды и при этом заперты.

Через полпериода (интервал π-2π) потенциал точка a станет отрицательным, а точка b – положительным. Диоды и закроются и ток будет проходить от точки b через диод , нагрузку и диод к точке a. Таким образом, ток через нагрузку в оба полупериода проходит в одном направлении. При этом положительным плюсом мостового выпрямителя является узел связи катодов диодов , , а отрицательным – узел связи анодов диодов , .

Среднее значение выпрямленных напряжения и тока, а также среднее значение тока вентиля мостовой схемы получаются такими же, как и в схеме с нулевым выводом. Обратное напряжение неработающего вентиля определяется фазным напряжением одной вторичной обмотки, поэтому максимальное значение обратного напряжения в мостовой схеме в два раза меньше [ср. с формулой 8.2];

Во вторичной обмотке ток проходит дважды за период и при активной нагрузке имеет форму синусоиды. Вынужденного намагничивания сердечника трансформатора нет. Расчетную мощность трансформатора определяем по формуле

Преимущества мостовой схемы выпрямления перед схемой с выводом нулевой точки:

• максимальное обратное напряжение, прикладываемое к неработающим вентилям, в два раза меньше; Рнс. 8.4

• меньше расчетная мощность [ср. формулы (8.3) и (8.4)], обеспечивающая лучшее использование трансформатора;

• при расчетном значении ЭДС е₂, совпадающем с напряжением сети, мостовую схему можно питать непосредственно от сети (без трансформатора).

Недостатком мостовой схемы следует считать наличие четырех вентилей (по сравнению с двумя вентилями в схеме с нулевым выводом).

Внешняя характеристика выпрямителя. Внешняя (нагрузочная) характеристика выпрямителя, выражающая зависимость изменения напряжения на нагрузке U_d при изменении тока нагрузки I_d, описывается уравнением:

где Udo — среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе (Id=0); д Ud — среднее значение напряжения на вентилях (вентиле) одного плеча; U_w — среднее значение падения напряжения в обмотках трансформатора, отнесенное ко вторичной обмотке; Rф — активное сопротив­ление последовательно включенных с сопротивлением нагрузки элементов сглаживающего фильтра (см. рис. 8.1).

С ростом Id увеличиваются все составляющие падений напряжений члены в скобках уравнения (8.5), что приводит к снижению выпрямленного напряжения U_d- Семейство внешних характеристик показано на рис. 8.4.

При отсутствии фильтра напряжение холостого хода определяется уравнением (8.5). С ростом тока нагрузки напряжение Ud снижается незначительно (кривая 2), так как U_a и U_w невелики, а IdRф = 0.

При наличии простейшего емкостного фильтра напряжение холостого хода определяется амплитудным напряжением фазы трансформатора, а снижение напряжения U_d с ростомI d происходит более резко (кривая 1). Еще более резко снижается напряжение на нагрузке (кривая 4) при наличии RC-фильтра (см. рис. 9.3), т.к. заметную величину составляет сопротивление. При включении LC- фильтра (см. рис. 9.2) активное сопротивление последовательного элемента фильтра Rф определяется активным сопротивлением провода обмотки дросселя, которое обычно невелико. Поэтому снижение напряжения U_d с ростомI d значительно меньше (кривая 3).

VIII. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

Date: 2015-12-13; view: 538; Нарушение авторских прав