15. Схемы выпрямления при питании от однофазной сети переменного тока. Однополупериодная схема. Принцип действия, кривые напряжения и токов, основные расчётные соотношения.

Простейшей схемой выпрямления является однополупериодная, которая изображена на рис. 10 при различных характерах нагрузки: активной, активно-емкостной. В зависимости от характера нагрузки соотноше­ние между всеми параметрами схемы выпрямления, так же как и в любой иной схеме, различны: Рис. 10.

При чисто активной нагрузке вентиль будет открыт в течение половины периода, когда потен­циал на его аноде положителен. Поэтому выпрямленное напряже­ние в течение этой половины пе­риода будет равно ЭДС вторич­ной обмотки трансформатора (рис. 11).

В течение другой половины пе­риода вентиль закрыт и напряже­ние на выходе выпрямителя рав­но нулю. Рис. 11.

Среднее значение выпрямленного напряжения:

где U₂ — действующее значение ЭДС вторичной обмотки транс­форматора.

Действующее значение тока вентиля и вторичной обмотки трансформатора:

По величине тока вторичной обмотки I₂ и напряжению U₂ мож­но определить мощность вторичной обмотки:

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора:

.

Габаритная мощность первичной обмотки:

Напряжение первичной обмотки отличается от напряжения вто­ричной обмотки в коэффициент трансформации раз, т. е.U₁=(₁/₂)U₂=nU₂ .

Если фильтр начинается с ин­дуктивности, нагрузочная харак­теристика выпрямителя будет рез­ко падающей, выпрямленный ток будет прерывистым, импульсы об­ратного напряжения с крутым фронтом. Поэтому схема с индук­тивным фильтром практического интереса не представляет.

На практике однополупериодная схема выпрямления приме­няется в основном с емкостным фильтром (рис.12). Емкость устанавливается на выходе вып­рямителя параллельно сопротив­лению нагрузки.

Рис. 12.

При работе схемы на активно-емкостную нагрузку вентиль от­крыт в интервале времени, когда напряжение вторичной обмотки превышает напряжение на емко­сти. Как только напряжение вто­ричной обмотки станет меньше напряжения на емкости, емкость разряжается на сопротивление нагрузки. & вентиль закрыт и конденса­тор разряжается на сопротивление на­грузки.

Ток в вентиле, равный току вторич­ной обмотки трансформатора (i_в=i₂), имеет форму синусоидального импульса длительностью 2, много меньшей | половины периода.

К недостаткам данной схемы вып­рямления следует отнести: большую величину пульсации; низкую частоту пульсации; высокое обратное напряже­ние на вентиле; плохое использование трансформатора; вынужденное намаг­ничивание трансформатора. Преиму­ществом схемы является ее простота, минимальное число элементов и воз­можность работы без трансформатора.

16. Двухполупериодная и мостовая схемы выпрямления. Принцип действия, кривые напряжения и токов, основные расчётные соотношения. Сравнение схем.

Двухполупериодная схема выпрямления состоит из трансформатора, вторичная обмотка которого имеет вывод средней точки и двух вентилей, катоды которых (или аноды) соединены в общей точке:

Рис. 13.

Принцип действия схемы рассмотрим на примере её работы на активную нагрузку. От сети переменного тока к первичной обмотке трансформатора подводится синусоидальное напряжение. Во вторичных обмотках индуктируются синусоидальные ЭДС. Предположим в первый полупериод (рис. 14) напряжение верхней фазы u₂₁ положительно относительно нулевой точки трансформатора, а напряжение нижней фазы отрицательно. В этом случае потенциал анода первого вентиля будет положительным по отношению к его катоду, и через этот вентиль будет протекать ток от точки 0 по верхней половине вторичной обмотки трансформатора через первый вентиль, сопротивление нагрузки R_н, к точке 0. Во второй полупериод открыт второй вентиль, и ток протекает от точки 0 по нижней фазе, через второй вентиль, сопротивление нагрузки R_н к точке 0 трансформатора.

Рис. 14.

Среднее значение выпрямленного напряжения при работе на активную нагрузку:

.

Так как каждый вентиль и фаза вторичной обмотки трансформатора работают одну половину периода, то среднее значение тока вентиля равно половине тока нагрузки, т. е. I_ср=0,5I₀. Амплитуда тока через вентиль:

.

Действующее значение тока вентиля и фазы вторичной обмотки:

Обратное напряжение вентиля равно сумме ЭДС двух фаз вторичной обмотки трансформатора, и амплитуда обратного

напряжения равна удвоенному значению амплитуды ЭДС фазы вторичной обмотки, т. е.:

.

Габаритная мощность трансформатора:

,

где S₁и S₂ – габаритные мощности первичной и вторичной обмоток соответственно.

Так как при работе двухполупериодной схемы на активную нагрузку пульсация выпрямленного напряжения велика, то в большинстве случаев на выходе данной схемы устанавливается фильтр.

При работе схемы на емкостной фильтр выпрямленное напряжение, токи вентиля и в обмотках трансформатора изменяются во времени так, как это показано на рис. 15:

Рис. 15.

При работе схемы на нагрузку индуктивного характера выпрямленное напряжение, токи вентиля и в обмотках трансформатора изменяются во времени так, как это показано на рис. 16:

В однофазной мостовой схеме выпрямления четыре вентиля соединены так, что в течение одной половины пе­риода напряжение вторичной обмотки подается на нагрузку через одну пару вентилей, а в течение другой половины периода — че­рез другую пару:

Далее показаны графики напряжений и токов для мостовой схемы при различных видах нагрузки:

Рис. 18. Работа однофазной Рис. 19. Работа однофазной

мостовой схемы на мостовой схемы на емкостную нагрузку

Рис. 20. Работа однофазной

мостовой схемы на индуктивную

нагрузку

Таблица сравнения вышеприведенных схем: