С выводом нулевой точки

Схема выпрямителя с выводом нулевой точки и диаграммы токов и напряжений, поясняющих работу схемы, приведены на рис. 3.5.

На интервале времени от n= 0 до n= p вывод вторичной обмотки трансформатора, помеченный точкой, положителен по отношению к средней точке. Диод VD1 открыт, и к сопротивлению нагрузки приложено фазовое напряжение. К диоду VD2 на этом интервале приложено обратное напряжение, и он закрыт. В следующий полупериод полярность напряжения на обмотках трансформатора меняется на противоположную, проводящим становится диод VD2, а диод VD1 закрывается.

С учетом того, что кривая выпрямленного напряжения и тока состоит из двух полуволн, среднее значение выпрямленного напряжения по определению равно:

или

U 2=1,11 U 0;

(3.5)

- а) Рис. 3.5 - Двухполупериодная схема выпрямления с выводом нулевой точки вторичной обмотки трансформатора (а) и характерные временные диаграммы токов и напряжений (б)

б)

средние значения тока вентилей:

;

среднее значение выпрямленного тока:

;

.

(3.6)

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

.

При этом импульс тока i ₁ за период напряжения сети имеет два импульса такой же формы, как импульсы тока вторичных обмоток i ₂₁ и i ₂₂, но протекающие в различные стороны (см. рис. 3.5). Следует отметить, что в результате встречного направления МДС вторичных полуобмоток отсутствует вынужденное намагничивание магнитопровода трансформатора.

Действующее значение тока первичной обмотки:

или

.

(3.7)

Мощности обмоток и трансформатора с учетом (3.4), (3.6) и (3.7) равны:

;

;

.

Максимальное значение обратного напряжения остается таким же, как и в однополупериодной схеме выпрямления:

.

6 вопрос Основные функции и структурные схемы ИВЭП

ИВЭП РЭС выполняют следующие функции:

- преобразование уровней напряжения переменного тока первичной сети;

- выпрямление переменного тока;

- фильтрация и сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения;

- стабилизация требуемой величины напряжения или тока.

Для этого в состав ИВЭП входят трансформаторы (Т), выпрямители (В), сглаживающие фильтры (Ф) и стабилизаторы (С).

К простейшим ИВЭП относятся нерегулируемые выпрямители, выпол­ненные по структурной схеме, представленной на рис. 1.3, а. В состав нерегулируемых выпрямителей не входит стабилизатор, поэтому они являются нестабилизирующими ИВЭП, а напряжение на их выходе зависит от колебаний питающего напряжения и изменения тока нагрузки.

Если для нормальной работы цепей РЭС необходимо обеспечить более высокую стабильность питающих напряжений и их независимость от колебаний напряжения сети переменного тока и изменения тока нагрузки, то схемы выпрямителей дополняются стабилизаторами (рис. 1.3, б). Достоинствами данных ИВЭП являются схемотехническая простота, высокая надежность и низкая стоимость. Однако достоинства уступают место недостаткам, обусловленным достаточно большой массой силового трансформатора, охлаждающих радиаторов, электролитических конденсато­ров. Так, КПД типовых стабилизирующих ИВЭП со стабилизаторами непрерывного типа лежит в пределах 40…55 %, а удельная объемная мощность - 30 Вт/дм³.

Рис. 1.3 - Основные структурные схемы ИВЭП типа нерегулируемых выпрямителей (а) и стабилизирующих ИВЭП непрерывного типа (б)

В настоящее время широко применяются импульсные ИВЭП - ИВЭП с бестрансформаторным входом и звеном повышенной частоты (рис. 1.4). Как правило, они являются стабилизирующими ИВЭП, причем применяется импульсный стабилизатор напряжения (ИСН). Регулирование и трансформация напряжения осуществляются на повы­шенной частоте - частоте преобразо­вания инвертора (10 кГц и выше), при этом изоляция нагрузки от инвертора обеспечивается трансформатором ин­вертора.

а) б) Рис. 1.4 - Основные структурные схемы импульсных ИВЭП с бестрансформаторным входом

Рис. 1.5 - Зависимость удельной мощности ИВЭП от частоты преобразования

Переход на повышенную часто­ту позволяет уменьшить массу и габариты ИВЭП за счет трансфор­матора, а исполь­зование импульсно­го

регулирования - повысить КПД источника электро­пита­ния. Так, КПД типовых импульсных ИВЭП лежит в пределах 60…80 %, а удельная мощ­ность - 140 Вт/дм³.

Следует отметить, что прогресс в области проектиро­вания ИВЭП РЭС идет в направлении повышения часто­ты пре­образования (рис. 1.5), которая для специализи­рованных ИВЭП (например, авиаци­онно-космичес­кого класса) в настоя­щее время достигает 1…20 МГц, КПД - 98 %, а удельная мощность - 1000…6000 Вт/кг (по данным фирм Bell Labs, Interpoint, Vicor, Power Technology Group, MegoModule).

Системы электропитания по уровню выходной мощности подразделяются на три группы:

– системы малой мощности - до 200 В×А;

– системы средней мощности - до 2000 В×А;

– системы большой мощности - свыше 2000 В×А.

Если потребляемая мощность РЭС невелика, то ИВЭП строится по традиционной схеме ИВЭП непрерывного типа: маломощный сетевой трансформатор - выпрямитель - фильтр - стабилизатор непрерывного действия. Однако в настоящее время даже ИВЭП РЭС БН – телевизоров, мониторов, видеомагнитофонов, в соответствии с общепринятой классификацией являющихся маломощными, выполняют­ся импульсными.

Выбор функциональной схемы ИВЭП определяется также параметрами напряжения первичной сети. ИВЭП с непрерывным регулированием часто применяются в моделях РЭС, предназначенных для европейского рынка, что объясняется достаточно высокой стабильностью напряжения промышленной сети в странах данного региона. Модели, предназначенные для реализации практически в любой стране и способные устойчиво работать при изменении питающего напряжения от 90…110 до 240…260 В, имеют импульсные блоки питания.

7 вопрос Работа выпрямителя на активную нагрузку

Полный анализ схем выпрямления с учетом характера нагрузки достаточно сложен, поэтому целесообразно сначала рассмотреть идеализированные схемы выпрямления, работающие на активную нагрузку. При выводе расчетных соотношений приняты допущения: вентили идеальные (т.е. будем пренебрегать их прямым падением напряжения и обратным током), а трансформатор не имеет потерь.