Тема: Дослідження одно і двохнарпівперіодних випрямлячів

Для живлення електронних пристроїв потрібна енергія постійного струму. Перетворення змінного струму в постійний здійснюється у випрямлячах. При аналізі роботи випрямних схем вентилі (діоди) і трансформатори вважають ідеальними, тобто вважають, що опір вентиля в прямому напрямі рівний нулю, а в зворотному безмежний, втрати енергії в обмотках трансформатора не відбувається.

Однонапівперіодна схема зображена на рис.1, часові діаграми, що пояснюють її роботу на активне навантаження – на рис. 4. Струм і напруга в навантаженні і₀ (ωt) і u₀ (ωt) мають пульсуючий характер.

Основні електричні параметри однонапівперіодної схеми випрямлення:

U_m = √2 U₂ - амплітудне значення напруги;

U₂ = (π / √2)∙ U₀ = 2,22 U₀ - діюче значення напруги вторинної обмотки трансформатора;

U₀ = U_m / π - середнє значення випрямленої напруги;

І_m = U_m / R - амплітудне значення струму на вторинній обмотці;

І₂ = π ∙ I₀ / 2 = 1,57 I₀ – середнє значення випрямленого струму;

K_Т = U₁ / U₂ – коефіцієнт трансформації;

К_П = U_0.Г.max / U₀ – коефіцієнт пульсації, U_0.Г.max – амплітуда основної гармоніки. U_0.Г.max = (π / 2) ∙ U₀ = 1,57 U₀; К_П = 1,57.

І₁ = 2,21∙І₀ / k_Т - діюче значення струму в первинній обмотці;

Р₁ = І₁ ∙ U₁; Р₂ = І₂ ∙ U₂ - разрахункові потужності первинних і вторинних обмоток;

Р_Т = 1/2(Р₁ + Р₂) – типова потужність;

U_зв = U_m - зворотна напруга;

f = f_вх – частота напруги на вторинній обмотці трансформатора.

Великі пульсації, низька частота основної гармоніки випрямленої напруги (рівна частоті мережі), великі розміри трансформатора, викликані поганим використовуванням його обмоток і вимушеним намагніченням осердя постійною складовою випрямленого струму, а також велика зворотна напруга на вентилі є істотними недоліками цієї схеми, обмежуючими її використовування.

Більше застосування одержали двонапівперіодні випрямлячі з нульовим виводом (з середньою точкою) (рис.2), схема яких є поєднанням двох однонапівперіодних схем, що працюють на загальне навантаження, часові діаграми на рис.5. Вентилі відкриваються поперемінно на половину періоду, тому крива напруги на навантаженні по величині і формі повторює позитивні напівхвилі напруг u₂₁ і u₂₂ вторинних напівобмоток трансформатора.

Основні електричні параметри однотактної двонапівперіодної схеми випрямлення:

U_m1 = π ∙ U₀ / 2 = U₂₁ ∙ 2√2/ π; U₀ = 2∙U₂₁ /π; 0,9 U₂;

І_m1 = 2∙ І₂; І₂ = І_m /2 = І ₀ ∙ π /4; І₁ = І_m1 / √2 k_Т = 1,11∙ І₀ / k_Т;

k_Т = U₁ / 2 ∙ U₂₁; К_П = U_0.Г.max / U₀ ; U_0.Г.max = 2/3 U₀; К_П = 0,67;

Р₁ = І₁ ∙ U₁; Р₂ = І₂ ∙ U₂₁; Р_Т = 1/2(Р₁ + Р₂);

U_зв = 2√2 U₂₁; f = 2∙f_вх.

Зниження типової потужності і краще використовування трансформатора пояснюється відсутністю вимушеного підмагнічення осердя постійною складовою струму вторинної обмотки.

Середнє значення випрямленого струму і напруги в два рази більше, а пульсації значно менше, ніж у однонапівперіодних випрямлячів.

Недолік двонапівперіодной схеми з нульовою точкою полягає в труднощі виготовлення трансформатора з двома симетричними напівобмотками.

Цього недоліку позбавлена мостова схема випрямляння (рис.3), часові діаграми на рис.6.

Протягом першого напівперіоду напруги u₂ вентилі VD1 i VD3 відкриті і в резисторі навантаження виникає струм і₀ . В цей час вентилі VD2 i VD4 закриті. У інший напівперіод напруги вентилі VD1 i VD3 закриваються, а VD2 i VD4 відкриваються.

Струм по навантаженню протікає в тому ж напрямі, що і в перший напівперіод.

Часові діаграми роботи мостового випрямляча мають той же вигляд, що і діаграми роботи двонапівперіодного випрямляча з нульовим виводом. Виключення складає залежність u_а (ωt), оскільки між анодом і катодом вентиля в непровідному напрямі прикладена напруга вторинної обмотки трансформатора, тобто U_{зв max} зменшується в два рази:

U_зв = U _m = √2 U₂ = π / 2 U₀ ; U₀ = √2 ∙ U₂ / 2;

І₂ = І_m /√2 = І ₀ ∙ π /2√2 = 1,11 ∙ І ₀; І_m = √2 ∙ І₂ = 1,57 ∙ І ₀;

k_Т = 1,7.

Типова потужність трансформатора в мостовій схемі менше, ніж в інших схемах:

Р_Т = Р₁ = Р₂ = 1,23 Р₀ .

Величини випрямлених напруг і струму, а також коефіцієнт пульсацій мають такі ж значення, що і в двонапівперіодної схемі з нульовим виводом.

5.5 Побудуйте часові діаграми вхідних і вихідних напруг і струмів. Порівняйте їх з часовими діаграмами на рис.1, б).

5.6 Повторити вимірювання, розрахунки параметрів і побудову часових діаграм по пп..5.1 - 5.5 для рис.2, 3 відповідно.

5.7. За результатами вимірювань і розрахунків заповніть таблицю 1.