56. Основные схемы выпрямителей однофазного питания, временные диаграммы их работы на различные виды нагрузок, расчет основных параметров и характеристик.
1. Схема однополупериодного выпрямления
Однополупериодная однофазная схема выпрямления содержит трансформатор (Тр), вентиль (V) и нагрузочный резистор (Rd). Первичная обмотка трансформатора подключена к сети однофазного переменного тока, вторичная обмотка последовательно подключена к вентилю и резистору. Напряжение вторичной обмотки изменяется по синусоидальному закону u2=U2max sin ωt (рис.3б), протекает только в положительные полупериоды, когда точка а вторичной обмотки, к которой подключен анод вентиля, имеет положительный потенциал для точки б. В отрицательные полупериоды, когда потенциал точки а отрицателен относительно точки б, к вентилю приложено обратное напряжение. Обратное сопротивление вентиля равно бесконечности, поэтому ток через вентиль не протекает, т.е. вентиль закрыт. В течение положительного полупериода (интервал времени to…t1) ток и напряжение изменяется по синусоидальному закону, а в течение отрицательного полупериода они равны нулю.
Таким образом, ток через нагрузочный резистор протекает под действием только одного полупериода переменного напряжения вторичной обмотки и только в одном направлении.
Рис. 1 Однополупериодная однофазная схема выпрямления (а) и диаграмма напряжений и токов на элементах схемы (б)
Эта схема применяется при работе на нагрузке с емкостной реакцией для выходных мощностей не превышающих 5…10Вт. Преимуществами схемы являются: простота, минимальное число элементов, невысокая стоимость, возможность работы без трансформатора. К недостаткам следует отнести: низкую частоту пульсации, высокое обратное напряжение на вентиле, плохое использование трансформатора, вынужденное намагничивание .
2. Двухполупериодная схема выпрямления с выводом нулевой точки
Рис. 2 Однофазная двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой (а) и диаграмма напряжений и токов на элементах схемы (б)
Эта схема может работать на любой вид нагрузки. Находит широкое применение для получения низких выходных напряжений при высоких токах нагрузки. Схема применяется на выходные мощности, менее нескольких сотен ватт. Основные преимущества схемы следующие: частота пульсации выше, чем в однополупериодной схеме, возможность использования вентилей с общим катодом и общим анодом, возможность применения общего радиатора без изоляции вентилей, отсутствие вынужденного намагничивания. Высокий КПД. Недостатками схемы являются: худшее использование трансформатора по сравнению с мостовой схемой и схемой удвоения напряжения, высокое обратное напряжение.
3. Однофазная мостовая схема выпрямления
Рис. 3 Однофазная мостовая схема выпрямления и временные диаграммы напряжений и токов на элементах схемы.
Эта схема может работать на любой вид нагрузки. Преимущества схемы: частота пульсации выше, чем в однополупериодной схеме, небольшое обратное напряжение, хорошее использование трансформатора, возможность работы без трансформатора, непосредственно от сети, отсутствие вынужденного намагничивания. К недостаткам схемы следует отнести: необходимость в четырех вентилях, повышенное напряжение в вентильном комплекте, невозможность установки однотипных полупроводниковых вентилей на одном радиаторе без изолирующих прокладок.