Однофазный однополупериодный выпрямитель

Рассмотрим работу однополупериодной однофазной схемы выпрямле­ния при работе на активную нагрузку R _н(рис. 3.4) [1, 2]. В течение положительной полуволны напряжения вторичной обмотки к вентилю (диоду) приложено положительное напряжение и диод беспрепятственно пропускает ток. При этом падение напряжения на нем равно нулю, а напряжение на нагрузке равно вторичному напряжению. При наступлении второй половины периода, когда вторичное напряжение изменяет свой знак, диод закрыт и не пропускает ток. Поэтому напряжение на нагрузке отсутствует, а к диоду приложено обратное напряжение.

а) Рис. 3.4 - Однофазная однополупериодная схема выпрямления (а) и характерные временные диаграммы токов и напряжений (б)   б)

Пусть напряжение вторичной обмотки трансформатора изменяется по синусоидальному закону:

,

где - фазовый угол; - круговая частота питающего (сетевого) напряжения, t - время.

Временные диаграммы тока и напряжения представлены на рис. 3.4. Очевидно, что:

и на интервале [0, p].

Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке находится путем интегрирования за период:

.

Иначе:

;

;	(3.1)
.	(3.2)

Обратное напряжение, прикладываемое к вентилю, равно:

на интервале [p, 2p],

а его максимальное значение равно максимальному значению вторичного напряжения и с учетом (3.2):

.

Так как

на интервале [0, p],

то среднее значение тока нагрузки равно:

.

Поскольку ток нагрузки несинусоидальный, то

.

Средние значения токов вентиля и нагрузки равны:

.

Максимальные значения токов вентиля, нагрузки и трансформатора равны:

.

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора по определению есть:

.

Так как:

,

то

и

.

(3.3)

В первичную обмотку трансформатора трансформируется только переменная составляющая тока вторичной обмотки:

.

Временная диаграмма тока первичной обмотки представлена на рис. 3.4, б.

Действующее значение тока первичной обмотки определяется через действующее значение переменной составляющей всех гармоник тока вторичной обмотки:

.

Как известно, действующее значение несинусоидального тока равно корню квадратному из суммы квадратов постоянной составляющей и действующих значений всех гармоник:

.

Поэтому с учетом (3.3):

.

(3.4)

Полная мощность вторичной обмотки трансформатора с учетом (3.1) и (3.3) равна:

.

Полная мощность первичной обмотки трансформатора с учетом (3.1) и (3.4) равна:

,

а габаритная мощность трансформатора:

.

В заключение необходимо отметить, что постоянная составляющая выпрямленного тока I ₀, протекая по вторичной обмотке трансформатора, создает вынужденное подмагничивание его магнитопровода. В результате магнитопровод реального трансформатора (кривая намагничивания которого имеет форму петли гистерезиса) работает в условиях насыщения, которые приводят:

– к росту намагничивающего тока;

– росту потерь в сердечнике;

– нагреву первичной обмотки;

– росту реактивной мощности, потребляемой трансформатором от сети, и уменьшению коэффициента мощности.

С учетом вынужденного подмагничивания:

; ; .

Уменьшить и даже устранить явление вынужденного подмагничивания можно в схемах выпрямления, в которых отсутствует постоянная составляющая тока вторичных обмоток трансформатора – двухполупериодном выпрямителе с выводом нулевой точки вторичной обмотки трансформатора и мостовом.

8 вопрос Требования, предъявляемые к устройствам электропитания

К средствам электропитания РЭС предъявляется совокупность электрических, конструктивных и экономических требований.

Электрические требования

1. Напряжение и ток должны равняться заданным номинальным значениям при высоких КПД и коэффициенте мощности.

2. Нормальная работа РЭС должна обеспечиваться при заданных изменениях напряжения и частоты питающей сети, номинальные значения которых являются стандартными (нормированные значения).

3. Величина пульсаций, наводок питающего напряжения, а также величина помех, создаваемых самим устройством электропитания другим аппаратам, не должна превышать допустимых.

4. Отклонения напряжения и тока в течение гарантийного срока службы устройства электропитания должны быть не более допустимых.

Конструктивные требования

1. Высокая надежность при минимальном весе и габаритах, удобных для компоновки РЭС в целом.

2. Максимальное применение стандартных узлов и деталей и минималь­ное использование остродефицитных компонентов.

3. Удобство эксплуатации, осмотра и ремонта.

4. Работоспособность при всех заданных климатических условиях и вибростойкость (для передвижных и переносных устройств).

5. Обеспечение заданного времени готовности к работе (после включения) и продолжительность непрерывной работы.

Экономические требования

1. Малые установочные (первоначальные) затраты.

2. Малые эксплуатационные расходы, в частности, небольшая стоимость одного часа работы.

3. Обеспечение заданного срока службы.

Значения выходных напряжений устройств электропитания обусловлены значениями входных напряжений питаемых устройств - модулей, микромоду­лей, интегральных микросхем, электронно-лучевых трубок, двигателей и т.п., которые устанавливаются требованиями соответствующих нормативно-техни­ческих документов. Так например, входные питающие напряжения функцио­нальных узлов (модулей, микромоду­лей, интегральных микросхем), блоков и устройств РЭС, кроме блоков питания, установлены ГОСТ 18275-72 и ГОСТ 17230-71.