Однофазные выпрямители

Выпрямители бывают однополупериодными или двухполупериодными в зависимости от того сколько полупериодов переменного тока используется - один или два. По однополупериодной схеме выполняют выпрямители, от которых требуется небольшой ток

Рис.4.2. Однофазный однополупериодный выпрямитель.

Работа схемы однополупериодного выпрямителя

Во время положительной полуволны (в интервале 0 ÷ π) плюс напряжения на вторичной обмотке трансформатора приложен к аноду диода, а минус - к катоду (рис.4.2). Диод открывается и пропускает ток от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод и сопротивление нагрузки Rн на минус вторичной обмотки трансформатора. Во время отрицательной полуволны(в интервале π ÷ 2π) к аноду диода приложен минус, а к катоду - плюс. К диоду в это время прикладывается обратное напряжение, и он закрыт. На графике в этот момент на сопротивлении нагрузки нет падения напряжения (рис.4.2, в). Трансформатор Т играет двойную роль: он служит для подачи на вход выпрямителя ЭДС е₂ соответствующей заданной величине выпрямленного напряжения E_d и обеспечивает гальваническую развязку цепи нагрузки и питающей сети. Параметры, относящиеся к цепи постоянного тока, то есть к выходной цепи выпрямителя, принято обозначать с индексом d (от английского слова direct - прямой): R_d - сопротивление нагрузки; u_d - мгновенное значение выпрямленного напряжения; i_d - мгновенное значение выпрямленного тока. Для однополупериодного выпрямителя имеются следующие соотношения.

ЭДС обмотки трансформатора синусоидальна:

e₂ = √2·E₂·sinΘ,

где Θ = ωt, E₂ - действующее значение ЭДС;

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения:

U_d = 0,45E₂

Постоянная составляющая выпрямленного тока:

I_d=U_d/R_d

Для данной схемы выпрямителя среднее значение анодного тока вентиля I_аср = I_d.

Максимальное значение анодного тока:

i_amax = √2·E₂/R_d=I_d·π.

Максимальноезначение обратного напряжения на вентиле:

U_обрmax = √2·E₂=I_d ·π.

Коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выпрямленного напряжения равен:

Эта схема применяется редко из-за большого коэффициента пульсаций.

Рассмотрим работу схемы однофазного однополупериодного выпрямителя со средней точкой (рис.4.3).

Рис.4.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой.

Источник: https://kurs.ido.tpu.ru/courses/osn_elec/chapter_2/picture/2_25.gif

Эта схема представляет собой два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку R_d и питающихся от находящихся в противофазе ЭДС (рис.4.3) e_2a и e_2b.

Схема обеспечивает прохождение тока через нагрузку в течение обоих полупериодов. Во время положительного полупериода работает первая половина вторичной обмотки (2а). Ток идёт от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод VD1, нагрузку R_d и на среднюю точку вторичной обмотки. В это время к аноду диода VD2 приложен минус, а к катоду - плюс, и диод закрыт. Во время отрицательного полупериода картина меняется: будет открыт диод VD2, а диод VD1 - закрыт (для этого случая знаки указаны в скобках). В этот полупериод ток протекает за счёт напряжения на обмотке 2b. На рис. 4.3, б, в, г, д представлены временные диаграммы для двухполупериодной схемы выпрямителя со средней точкой. В случае активной нагрузки для рассматриваемой схемы действуют следующие соотношения:

E_d=2√2·E₂/π; U_d=2√2·E₂/π; I_d=U_d/R_d;

i_amax=√2·E₂/R_d; I_aср=I_d/2; U_обрmax=2√2·E2; Kп=0,66

Наиболее распространённой является двухполупериодная мостовая схема (рис.4.4).

Рис.4.4. Однофазный мостовой выпрямитель.

Источник: https://kurs.ido.tpu.ru/courses/osn_elec/chapter_2/picture/2_26.gif

Во время положительного полупериода ток проходит от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод VD1, сопротивление нагрузки R_d, диод VD3 на минус вторичной обмотки. В это время ко второй паре диодов VD2, VD4 приложено обратное напряжение. Они закрыты. Во время отрицательного полупериода ток протекает через диод VD2, нагрузку R_d, диод VD4. В случае чисто активной нагрузки, пренебрежением индуктивности обмотки трансформатора и идеальных диодах эта схема имеет следующие основные соотношения:

U_d=0,9·E₂; I_d=U_d/R_d; i_amax=√2·E₂/R_d;

I_aср=I_d/2; U_обрmax=√2·E2; Kп=0,66

Сравненим схемы мостовую и со средней точкой. Для получения одинакового напряжения в схеме со средней точкой вторичная обмотка должна иметь большее количество витков, чем в мостовой схеме. Это увеличивает размеры трансформатора. В этой же схеме к диодам прикладывается вдвое большее напряжение, чем в мостовой. Учитывая это, предпочтение отдаётся мостовой схеме, хотя здесь и требуется больше диодов. При выборе диодов для выпрямителя выбирают диоды, у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные.