3. Двухтактные схемы выпрямителей

Недостатком однотактных схем выпрямителей является плохое использование трансформаторов, у которых ток во вторичной обмотке протекает не непрерывно, а только во время положительных полупериодов напряжения в однофаз­ных выпрямителях и в течение одной трети каждого, периода в трехфазных выпрямителях.

В двухтактных схемах вы­прямителей этот недостаток устранен; ток через вторичную обмотку трансформатора про­ходит в обоих направлениях.

Однофазный двухтактный выпрямитель. Этот выпрями­тель собран по мостовой схеме (схема Греца), показанной на рисунке 3.1. Он является простейшей схемой двухтактного выпрямителя.

Рис.3.1. Однофазный двухтактный выпрямитель по мостовой схеме

В течение первых полупе­риодов ток проходит через вентили 1 и 3 (рисунок 3.1, сплош­ные стрелки), а в течение вторых полупериодов — через вен­тили 2 и 4 (штриховые стрелки). Через нагрузочное сопро­тивление R_н ток течет в одном направлении. Во вторичной обмотке трансформатора при этом течет переменный ток, поэтому схема является двухтактной.

Среднее значение выпрямленного напряжения

(19)

т. е. оно такое же, как и в однотактном двухполупериодном выпрямителе, причем полное напряжение вторичной обмот­ки трансформатора здесь в два раза меньше, чем в однотакт­ном двухполупериодном выпрямителе.

Обратное напряжение в мостовой схеме определяется напряжением U_2max, так как вентили, не пропускающие в данный полупериод ток, включены параллельно вторич­ной обмотке трансформатора (падением напряжения на пропускающих ток вентилях можно пренебречь). Поэтому

(20)

Сравнительно небольшое обратное напряжение является достоинством мостовой схемы.

Если обратное напряжение одного вентиля U_1обр мень­ше напряжения U_oбp, найденного по формуле (20), то в каждое плечо мостовой схемы следует включить последо­вательно по нескольку вентилей, соблюдая условие гдеn — число вентилей в плече.

Недостатком мостовой схемы является необходимость применения четырех вентилей или групп вентилей, причем в случае применения в качестве вентилей кенотронов или газотронов, схема требует трех независимых друг от друга обмоток накала (рисунок 3.2.), так как цепи накала кено­тронов 1, 3 и 4 находятся под разными потенциалами. По­этому обычно в мостовой схеме применяют полупроводнико­вые вентили. Преимущества мостовой схемы — применение трансформатора без вывода средней точки вторичной обмот­ки и лучшее использование вторичной обмотки трансфор­матора. Схема может работать и без силового трансформа­тора.

Рис. 3.2. Кенотронный выпрямитель по мостовой схеме

Пример 2. В выпрямителе, собранном по мостовой схеме Греца, применяются четыре германиевых вентиля типа Д7Ж, имеющих U_обр = 400 в. Определить максимально допустимое значение выпрям­ленного напряжения U_o и необходимое для этого значение вторич­ного напряжения U₂ трансформатора.

Решение. В мостовой схеме U_обр⁼ l,57U₀. Тогда

Вторичное напряжение трансформатора связано с U_o соотноше­нием: . Следовательно,

Трехфазный двухтактный выпрямитель. Трехфазная двухтактная схема Ларионова (рисунок 3.3. а) состоит как бы из трех простых мостовых схем: в первую схему входят

Рис. 3.3. Трехфазный двухтактный выпрямитель по схеме Ларионова

вентили 1, 2, 3, 4, во вторую — 1,2,5, 6 и в третью — 3, 4, 5, 6. Все вентили в схеме Ларионова работают попарно — поочередно, причем из нечетных вентилей, потенциалы ано­дов которых одинаковы, работает тот вентиль, у которого катод наиболее отрицателен, а из четных — тот вентиль, который имеет наиболее положительный потенциал анода. Прохождение тока через вентили показано на рисунке 3.3. б. Ток проходит через ту пару вентилей, разность потенциалов между которыми в данный момент времени максимальна.

Смена пар вентилей происходит через каждые , т. е. черезкаждые 60 электрических градусов.

В этом выпрямителе выпрямленное напряжение

U₀=2,34U₂, (21)

где U₂ — линейное напряжение вторичной обмотки II трансформатора. Следовательно, при одном и том же вы­прямленном напряжении, вторичное напряжение U₂ в два раза меньше, чем в однотактном трехфазном выпрямителе. В качестве вентилей для схемы Ларионова могут

при­меняться как кенотроны и газотроны, так и ртутные и полу­проводниковые вентили. Применение ртутных и полупровод­никовых вентилей предпочтительнее, так как для кенотро­нов и газотронов на силовом трансформаторе необходимо раза меньше, чем в однотактном трехфазном выпрямителе.

В качестве вентилей для схемы Ларионова могут при­меняться как кенотроны и газотроны, так и ртутные и полу­проводниковые вентили. Применение ртутных и полупровод­никовых вентилей предпочтительнее, так как для кенотро­нов и газотронов на силовом трансформаторе необходимо иметь четыре отдельных обмотки накала.

Обратное напряжение в схеме Ларионова определяется линейным напряжением вторичной обмотки, так как в непро­водящую часть периода любой неработающий вентиль присоединен через работающий к линейным зажимам трансфор­матора. Следовательно,

(22)

Малое значение обратного напряжения является пре­имуществом схемы Ларионова.

Пульсации выпрямленного тока (q₁ = 0,057) настолько незначительны, что выпрямитель во многих случаях может работать без сглаживающего фильтра. В основном схема Ларионова применяется на тяговых подстанциях для метро, трамвая, троллейбуса и электрических железных дорог.

Пример 3. Выпрямитель, собранный по схеме Ларионова, должен питать нагрузку при U₀ = 3000 В. В качестве вентилей выбраны гер­маниевые вентили типа ВГ-50-110, имеющие Uобр=110 В. Опре­делить число вентилей в схеме и вторичное линейное напряжение трансформатора.

Решение. Обратное напряжение в одном плече выпрямителя U_o6p=l,045U₀= 1,045*3000 = 3135 В.

Число вентилей в плече .

Полное число вентилей в схеме

N = 6*29 = 174, т. е. 6 групп по 29 вентилей. Линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора