Однофазный однополупериодный выпрямитель. Однофазные выпрямители переменного тока

Однофазные выпрямители переменного тока

Функциональная схема классического однофазного трансформаторного выпрямителя показана на рис. 9.1.

 

Основой ее является выпрямитель на одном или нескольких диодах, соединенных по определенной схеме с целью получения постоянного напряжения U_d на выходе. Функция трансформатора сводится к повышению или понижению вторичного напряжения U ₂ при заданном первичном напряжении U ₁. Для уменьшения пульсации напряжения к выходу выпрямителя подключают сглаживающий фильтр. Между сглаживающим фильтром и нагрузкой подключают стабилизатор напряжения, обеспечивающий поддержание неизменного постоянного напряжения U_dн на нагрузке в условиях изменения напряжения питающей сети и тока нагрузки.

Однофазный однополупериодный выпрямитель

Однофазный однополупериодный выпрямитель состоит из трансформатора TV, к вторичной обмотке которого последовательно включены диод VD и нагрузочный резистор R_н (рис. 9.2, а).

 

 

Принцип действия схемы рассмотрим для случая чисто активной нагрузки R_н с использованием временных диаграмм напряжений (рис. 9.2, б). При поступлении на первичную обмотку положительной полуволны напряжения u ₁,на вторичной обмотке трансформатора также будет присутствовать положительная полуволна напряжения u₂. Таким образом, к аноду диода VD прикладывается напряжение положительной полярности. Следовательно, диод VD будет открыт. Поскольку в открытом состоянии падение напряжения на диоде малó, практически все напряжение u₂ прикладывается к нагрузке R_н, создавая на ней напряжение u_н. Ток диода равен току нагрузки

.

(9.1)

В конце первого полупериода напряжения и ток в схеме достигают нулевых значений.

При поступлении отрицательной полуволны напряжения u ₁ полярность напряжения u ₂(показана в скобках) на вторичной обмотке трансформатора становится обратной. Приложенное к диоду VD напряжение u ₂ оказывается для него обратным – диод закрыт, через него протекает лишь незначительный обратный ток. В закрытом состоянии практически все напряжение u ₂ прикладывается к диоду VD, а напряжение на нагрузке u_н = 0.

Таким образом, напряжение и ток в нагрузке R_н имеют пульсирующий характер, т.е. появляются только в один из полупериодов напряжения u ₂. Поэтому выпрямитель, собранный по схеме рис. 9.2, а), называют однополупериодным. Однако относительно выводов резистора R_н ток течет в одном направлении – от верхнего вывода к нижнему в течение положительной полуволны напряжения u ₂.

Основные параметры схем выпрямления:

− средние значения выпрямленных напряжения U_d и тока I_d;

− амплитуды первой гармоники напряжения U_{d 1 m} и тока I_{d 1 m};

− действующие значения напряжения U ₂ и тока I ₂ во вторичной обмотке трансформатора;

− действующие значения напряжения U ₁ (обычно 220 или 380 В) и тока I ₁в первичной обмотке трансформатора;

− максимальное значение обратного напряжения U_{обр. max};

− коэффициент пульсации

.

Для однополупериодного выпрямителя эти параметры имеют следующие значения:

; ;	(9.2)
; ;	(9.3)
	(9.4)

Ток в первичной обмотке трансформатора

,

(9.5)

где n – коэффициент трансформации трансформатора;

.

(9.6)

Выбор диода для однополупериодного выпрямителя производится по справочной литературе и осуществляется на основании условий:

;	(9.7)
,	(9.8)

где U_{обр. max} – допустимое обратное напряжение диода, В;

I_{d max} – допустимый средний ток диода, А.

При использовании емкостного фильтра на выходе выпрямителя обратное напряжение диода увеличивается вдвое и равно

.

(9.9)

Полная мощность трансформатора, потребляемая из сети

.

(9.10)

9.1.2 Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней
точкой

Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней (нулевой) точки вторичной обмотки трансформатора состоит из трансформатора ТV, диодов VD 1, VD 2 и нагрузочного резистора R_н (рис. 9.3, а).

 

 

При поступлении положительной полуволны напряжения u ₁ на вторичных обмотках IIa, IIb трансформатора формируются напряжения u _2-1 и u _2-2 с полярностью, показанной на рис. 9.3, а) без скобок. К аноду диода VD 1 прикладывается напряжение положительной полярности, а к аноду диода VD 2 – отрицательной.

При указанной полярности напряжений диод VD 1 открыт, а VD 2 – закрыт. Практически все напряжение u _2-1 прикладывается к нагрузке R_н (т.к. падение напряжения на диоде в открытом состоянии малó), создавая на ней напряжение u_н. На данном интервале ток диода VD 1 равен току нагрузки

.

(9.11)

При поступлении отрицательной полуволны напряжения u ₁полярность напряжений на вторичных обмотках становится обратной. В проводящем состоянии теперь находится диод VD 2, а VD 1 – закрыт. К нагрузке R_н прикладывается напряжение u _2-2, которое определяет напряжение u_н той же полярности, что и на предшествующем интервале. Ток в цепи диода VD 2

.

(9.12)

В течение следующего периода входного переменного напряжения описанный в схеме процесс повторяется.

Основные соотношения для однофазного двухполупериодного выпрямителя с выводом нулевой точки трансформатора:

; ;	(9.13)
; ;	(9.14)
	(9.15)

Выбор диода для двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки производится по справочной литературе и осуществляется на основании условий:

;	(9.16)
.	(9.17)