Схема выпрямления однофазного тока

Выпрямителями называют устройства, в которых происходит преобразование переменного тока в постоянный или пульсирующий. Выпрямитель состоит из следующих основных элементов:

· силового трансформатора, служащего для согласования входного и выходного напряжения выпрямителя, а также разделения питающей сети и цепи нагрузки;

· блока диодов или тиристоров, осуществляющих выпрямление переменного тока;

· сглаживающего фильтра, обеспечивающего уменьшение пульсаций выпрямленного тока и напряжения;

· блок управления тиристорами (входит только в комплект управляемых выпрямителей).

В зависимости от числа фаз питающей сети различают однофазные и трехфазные выпрямители.

Однополупериодная однофазная схема выпрямления. В этой схеме (рис. 11.1) напряжение на вторичной обмотке трансформатора u₂ изменяется по синусоидальному закону. Ток во вторичной цепи трансформатора при наличии диода и нагрузки R_Н будет проходить только в течение первого полупериода действия переменного напряжения u₂, когда к диоду приложено прямое напряжение. В течение второго полупериода действия переменного напряжения u₂ тока в цепи нагрузки не будет, т.к. к диоду будет приложено обратное напряжение, и он будет заперт. Следовательно, ток в нагрузке i_н и напряжение на нагрузке i_н будут пульсирующими. Среднее за период значение напряжения на нагрузке U_d называется средним значением выпрямленного напряжения или выпрямленным напряжением. Аналогично, среднее за период значение тока называется выпрямленным током I_d. При однополупериодной схеме выпрямления U_d = 0,45 U₂.

Двухполупериодная однофазная схема выпрямления с нулевым выводом. В этой схеме (рис. 11.2) имеется трансформатор и два диода. Нагрузка R_Н включается между средним (нулевым) выводом вторичной обмотки трансформатора и катодами диодов.

При подаче напряжения на первичную обмотку трансформатора на двух частях вторичной появляется синусоидальные напряжения u_2a0 и u_2b0.

В первый полупериод ток проходит через диод VD1, т.к. напряжение u_2a0 в это время для этого диода является прямым, а через диод VD2 ток не проходит, т.к. напряжение u_2b0 для этого диода в это время является обратным. Во второй полупериод, наоборот, ток проходит через диод VD2 и не проходит через диод VD1.

При этом ток в нагрузке оба полупериода протекает в одном направлении от катодов диодов к точке 0. Для этой схемы среднее значение выпрямленного напряжения U_d = 0,9 U₂.

Двухполупериодная однофазная мостовая схема выпрямления. Эта схема (рис. 11.3) состоит из трансформатора и четырех диодов, соединенных по мостовой схеме. К одной диагонали моста присоединена вторичная обмотка трансформатора, а к другой – нагрузка R_Н. Диоды в схеме работают парами поочередно. В первый полупериод напряжения u₂ ток проводят диоды VD1 и VD3, а диоды VD2 и VD4 закрыты, т.к. к ним приложено обратное напряжение. Во второй полупериод изменяется направление напряжения u₂ и ток проводят диоды VD2 и VD4, а диоды VD1 и VD3 закрыты. При этом ток в нагрузке проходит все время в одном направлении. Графики напряжения и тока нагрузки по форме аналогичны графикам двухполупериодного выпрямления с нулевой точкой. Поэтому, для этой схемы среднее значение выпрямленного напряжения U_d = 0,9 U₂.

Трехфазная мостовая схема выпрямления. Эта схема включает (рис. 11.4) в себя трехфазный трансформатор и шесть диодов. Диоды соединены в две группы: катодную (диоды VD₂, VD₄, VD₆), образующую положительный полюс, и анодную (диоды VD₁, VD₃, VD₅), образующую отрицательный полюс для внешней цепи. В каждый момент работают два диода: один из катодной группы, а другой из анодной. В катодной группе в определенный момент работает тот диод, у которого наибольший потенциал на аноде. В анодной группе в данный момент работает тот диод, у которого катод имеет наиболее отрицательный потенциал по отношению к общей точке анодов. Диоды катодной группы открываются в моменты, соответствующие точкам пересечения положительных участков синусоид (а, б, в, г на диаграмме), а диоды анодной группы – в моменты, соответствующие точкам пересечения отрицательных участков синусоид (к, л, м, н). Каждый диод работает в течение 1/3 Т. Положительные полуволны синусоид выпрямляются диодами катодной группы, а отрицательные полуволны – диодами анодной группы. Среднее значение выпрямленного напряжения U_d = 2,34 U_2Ф, где U_2Ф – фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Управляемые выпрямители. Основой управляемого выпрямителя являются тиристоры, трансформатор и система управления тиристорами. Схемы управляемых выпрямителей повторяют схемы обычных выпрямителей, но основным их преимуществом является возможность плавного регулирования выпрямленного напряжения в широких пределах. Для регулирования изменяют момент открывания тиристоров.

Промежуток времени между моментом появления прямого напряжения на тиристоре и моментом подачи отпирающего импульса на его управляющий электрод называется углом регулирования α_р. Изменяя этот угол можно изменять среднюю величину выпрямленного напряжения.

Контрольные вопросы

1. Конструкция выпрямителей.

2. Принцип работы однополупериодной однофазной схемы выпрямления.

3. Принцип работы двухполупериодной однофазной схемы выпрямления тока с нулевым выводом.

4. Принцип работы двухполупериодной однофазной мостовой схемы выпрямления тока.

5. Принцип работы трехфазной мостовой схемы выпрямления.

6. Понятие об управляемых выпрямителях.