Однофазная мостовая схема

Наиболее широкое практическое распространение получил однофазный мостовой выпрямитель, схема и временные диаграммы, поясняющие работу которого, представлены на рисунке 14.

Рис. 14.

Если входное напряжение изменяется по гармоническому закону , то на интервалеоно смещает в прямом направлении включенные последовательно с нагрузкой диодыVD2 и VD3. При этом диоды VD1 и VD4 смещены в обратном направлении напряжением, приложенным к нагрузке . На интервалевходное напряжение смещает в прямом направлении включенные последовательно с нагрузкой диодыVD1 и VD4. При этом диоды VD2 и VD3 смещены в обратном направлении напряжением, приложенным к нагрузке .

Спектральный состав выпрямленного напряжения, полученный в результате разложения однополупериодных импульсов выпрямленного напряжения, имеет вид:

U_{Н.СР. =} - постоянная составляющая выпрямленного напряжения (среднее значение выпрямленного напряжения);

К_СХ. = 0,9.

-основная гармоника выходного напряжения.

Коэффициент пульсации определяется отношением амплитуды основной гармоники к среднему значению выпрямленного напряжения:

.

Сглаживающие фильтры.

Сглаживающий фильтр предназначен для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке. Он должен пропускать постоянную составляющую выпрямленного напряжения и ослаблять его гармонические составляющие.

Наиболее простым является емкостной сглаживающий фильтр.

Включается параллельно сопротивлению нагрузки. Схема выпрямителя с фильтром и временные диаграммы, поясняющие работу схемы представлены на рисунке 15.

Рис. 15.

Начиная с момента времени мгновенное значение входного напряжениябольше нуля, это приводит к открыванию диодовVD2 и VD3. Через эти диоды протекает ток, равный сумме тока нагрузки и тока заряда конденсатора:

.

До момента t₂ мгновенные значения напряжений выходного u_c = u_н и входного u будут равны. После момента t₂ напряжение u становится меньше u_c. Это вызовет запирание ранее открытых диодов VD2 и VD3 и отключение нагрузки от входного напряжения. Далее до момента t₃ напряжение на нагрузке будет поддерживаться исключительно за счет заряда, накопленного в конденсаторе С_ф до момента t₂. Разряд конденсатора происходит по экспоненциальному закону:

.

В момент t₃ входное напряжение становится равным напряжению на конденсаторе и диоды VD1 и VD4 открываются. Начиная с момента времени t₃ конденсатор заряжается от источника входного напряжения. Далее описанные выше процессы заряда и разряда конденсатора периодически повторяются.

Включение конденсатора параллельно к сопротивлению нагрузки приводит к снижению пульсаций выходного напряжения выпрямителя. Величину емкости конденсатора С_ф на практике выбирают так, чтобы при заданном сопротивлении нагрузки выполнялось соотношение:

.

При этом условии напряжение на конденсаторе в фазе разряда спадает относительно медленно.

В установившемся режиме степень пульсации напряжения на выходе выпрямителя можно оценить коэффициентом пульсации:

,

где U_вых.max – максимальное напряжение на выходе;

U_вых.min – минимальное напряжение на выходе;

U_н. – среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке.