3.1. Однофазный двухполупериодный неуправляемый выпрямитель с нулевым выводом. Схема однофазного выпрямителя с нулевым выводом

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (трехфазный однополупериодный)

Данная схема содержит трехфазный трансформатор T и три диода (вентиля). Нагрузка включается между точкой соединения диодов и нулевым выводом трансформатора.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений различных точек схемы выпрямления.

На интервале времени [t1;t2] фаза “a” имеет наибольший потенциал по сравнению с другими фазами относительно нулевой точки трансформатора, поэтому диод VD1 находится в открытом состоянии и через него протекает ток. На нагрузке напряжение изменяется по закону огибающей фазы “a”.

В момент t2 происходит перекоммутация с VD1 на VD2, т.к. потенциал фазы “b” становится наибольшим по отношению к нулевой точке. К нагрузке прикладывается фазное напряжение.

На интервале времени [t2; t3] к первому диоду прикладывается линейное напряжение между фазами “b” и “a” и он находится в закрытом состоянии.

В момент t3 прикладывается линейное напряжения Uca, так как происходит переключение вентилей (с VD2 на VD3).

К недостатком этой схемы можно отнести:

Высокий уровень обратного напряжения (среднее напряжение – фазное, обратное – линейное), что не позволяет использовать данную схему при повышенных уровнях напряжения.

Ток во вторичной цепи трансформатора протекает в течение одной третьей части периода и имеет одностороннее направление, что увеличивает габаритные размеры трансформатора. Для исключения подмагничивания сердечника необходимо делать запас по намагниченности (уменьшать значение Bm), что приводит к дополнительному увеличению габаритов трансформатора. Иногда в сердечник трансформатора вводят воздушный зазор.
Более низкие качественные показатели (K п , K0) по сравнению с двухполупериодной схемой выпрямления.

Индуктивность рассеяния трансформатора влияет на форму выпрямленного напряжения, что является ограничением по мощности. При этом снижается уровень выпрямленного напряжения и возрастают пульсации.
С точки зрения монтажа схемы – исключена возможность соединения вторичной цепи треугольником из - за нулевого вывода.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

более высокие токи нагрузки по сравнению с двухтактной схемой (малые потери из-за того, что в работе участвует один вентиль в любой момент времени).

Основные соотношения:

Трёхфазная мостовая схема выпрямления

Схема состоит из двух трехфазных однополупериодных схем выпрямления, питающихся от одних и тех же вторичных обмоток трансформатора и работающих на общую нагрузку.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений в различных точках схемы выпрямления.

На интервале [t1;t3] фаза “a” имеет наибольший потенциал по отношению к другим фазам, поэтому диод VD2 работает два такта (т.к. к аноду прикладывается “+”). В момент времени t3 происходит перекоммутация в катодной группе со второго на четвертый диод, т.к. фаза “b” становится более положительной по отношению к другим фазам.

На интервале [t2;t4] фаза “c” имеет более отрицательный потенциал по отношению к другим фазам. Отрицательный потенциал прикладывается к катоду пятого вентиля и он работает два такта.

К недостаткам схемы можно отнести:

Большое падение напряжения на внутреннем сопротивлении выпрямителя за счет работы двух вентилей, что не позволяет использовать схему при высоких значениях тока нагрузки.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

Высокое значение коэффициента выпрямления К0 и малый уровень обратного напряжения, что позволяет использовать схему при высоких уровнях напряжения.

Малое значение коэффициента пульсаций по сравнению со схемой с нулевым выводом, что уменьшает габариты сглаживающего фильтра.

Возможность использования различных способов соединения обмоток трансформатора во вторичной цепи.
Отсутствие одностороннего намагничивания сердечника трансформатора (ток во вторичной цепи трансформатора – двухполярный).
Хорошее использование трансформатора (ток во вторичной цепи трансформатора протекает 2/3 периода), что увеличивает КПД устройства.

В связи с вышеперечисленным рядом достоинств данная схема нашла очень широкое распространение.

Основные соотношения:

;;

studfiles.net

Однофазная схема с нулевым выводом (двухполупериодная)

Схема выпрямителя представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей, работающих на общую нагрузку.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений цепей.

На интервале времени [0;] потенциал точки а – положительный, а точки б – отрицательный, поэтому диодVD1 – открыт и через него протекает ток. Напряжение, снимаемое с верхней обмотки трансформатора прикладывается к нагрузке. В моментпроисходит перекоммутация сVD1 наVD2, т.к. отрицательный потенциал прикладывается к катодуVD2. Таким образом через нагрузку ток протекает в одном и том же направлении в течение одного периода.

Достоинства схемы выпрямления: за счет малого числа коммутируемых элементов уменьшаются потери в выпрямительном звене, что позволяет использовать схему при высоком токе нагрузки. Существует возможность размещения полупроводников на одном радиаторе без изолятора.

Недостатки схемы выпрямления: при отключении диода за счет наведения ЭДС с работающей полуобмотки в неработающую происходит удвоение напряжения, прикладываемого к диоду в закрытом состоянии. Это не позволяет использовать схему при высоких уровнях выпрямленного напряжения. Кроме того на каждом такте участвует в работе только одна из полуобмоток, что ухудшает использование трансформатора. С точки зрения качественных показателей (К0,Кп) данная схема не отличается от однофазной мостовой схемы выпрямления.

Основные соотношения для схемы выпрямителя:

Под габаритной мощностью трансформатора понимаем полусумму мощностей всех обмоток трансформатора, поэтому с учетом 2-х полуобмоток трансформатора в уравнение для Pmр во втором слагаемом появляется множитель, равный 2. ТокIапротекает в течение одного полупериода и имеет синусоидальную форму, поэтому дополнительно появляется множитель, равный(поскольку). В однофазной мостовой схеме выпрямителяKтр= 1,23,что используется в уравнение дляPтр. Тогда, для двухполупериодной схемы имеем

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом (трехфазный однополупериодный)

Данная схема содержит трехфазный трансформатор Tи три диода. Нагрузка включается между точкой соединения диодов и нулевым выводом.

На рисунке представлены графики зависимостей для токов и напряжений различных цепей схемы выпрямления.

На интервале времени [t1;t2] фаза “a” имеет наибольший потенциал по сравнению с другими фазами относительно нулевой точки трансформатора , поэтому диодVD1 находится в открытом состоянии и через него протекает ток. На нагрузке напряжение изменяется по закону огибающей фазы “a”.

В момент t2происходит перекоммутация сVD1 наVD2, т.к. потенциал фазы “b” становится наибольшим по отношению к нулевой точке. К нагрузке прикладывается фазное напряжение.

На интервале времени [t2;t3] к первому диоду прикладывается линейное напряжение между фазами “b” и “a” и он находится в закрытом состоянии.

В момент t3прикладывается линейное напряженияUca, так как происходит переключение вентилей (сVD2 наVD3).

К недостатком этой схемы можно отнести:

Высокий уровень обратного напряжения (среднее напряжение – фазное, обратное – линейное), что не позволяет использовать данную схему при повышенных уровнях напряжения.

Ток во вторичной цепи трансформатора протекает в течение одной третьей части периода и имеет одностороннее направление, что увеличивает габаритные размеры трансформатора. Для исключения подмагничивания сердечника необходимо делать запас по намагниченности (уменьшать значение Bm), что приводит к дополнительному увеличению габаритов трансформатора. Иногда в сердечник трансформатора вводят воздушный зазор.
Более низкие качественные показатели (Kп ,K0) по сравнению с двухполупериодной схемой выпрямления.

Индуктивность рассеяния трансформатора влияет на форму выпрямленного напряжения, что является ограничением по мощности. При этом снижается уровень выпрямленного напряжения, и возрастают пульсации.
С точки зрения монтажа схемы – исключена возможность соединения вторичной цепи треугольником из за нулевого вывода.

Достоинствами схемы выпрямления являются:

более высокие токи нагрузки по сравнению с двухтактной схемой (малые потери из-за того, что в работе участвует один вентиль в любой момент времени).

studfiles.net

3.1. Однофазный двухполупериодный неуправляемый выпрямитель с нулевым выводом.

Рисунок 3.3

Силовой трансформатор Tр имеет две вторичные обиотки W2’, W2’’, связанные с первичной обмоткой id коэффициентом трансформации Схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток сдвинуты относительно друг друга на 180 градусов. Рассмотрим работу схемы для активной нагрузки (рисунок 3.3).

При поступлении полуволны напряжения положительной полярности (интервал 0-π) напряжение на обмотках транзистора без скобок. К диоду VD1 прикладывается напряжение положительной полярности, к VD2 – отрицательной. Таким образом на интервале от 0 до π VD1 открыт VD2 закрыт.

При поступлении напряжения U1 отрицательной полярности (интервал π - 2 π), полярность напряжения на обмотках транзистора становится в скобках. VD1 закрывается, VD2 – открывается. К нагрузке прикладывается напряжение той же полярности, что и на предшествующем интервале. Далее процессы повторяются. Среднее выпрямленное напряжение

Средний ток нагрузки .

Средний ток диода, необходимый для его выбора .

3.2.1. Работа выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке.

Рисунок 3.4

Режим активно-индуктивной нагрузки (рисунок 3.4) получается при включении последовательно с активной нагрузкой сглаживающего L – фильтра или при работе выпрямителя на обмотку электромагнита, или двигатель постоянного тока. Здесь, как и в предыдущем случае, режим работы диодов определяется напряжениями вторичных обмоток трансформаторов. VD1 открыт на интервалах 0-π, 2π- 3 π, и т.д., а VD2 на интервалах π-2π, 3π-4π и т.д. .Кривая напряжения Ud образуется напряжением вторичных обмоток трансформатора и имеет тот же вид, что и при активной нагрузке. Ток id под влиянием индуктивности получается сглаженным. Поскольку ток в индуктивности отстает по фазе от напряжения, максимумы id следуют с некоторой задержкой относительно максимумовUd. Если активное сопротивление дросселя принять равным нулю, то форма напряжения Udн имеет тот же вид , что и ток id, а среднее напряжение на нагрузке (среднему напряжению на выходе выпрямителя). При увеличении индуктивности её сглаживающие действия повышаются и пульсации в кривой Udн – уменьшаются.

3.2.2. Работа выпрямителя при активно-ёмкостной нагрузке

Рисунок 3.5

Активно-ёмкостная нагрузка выпрямителя (рисунок 3.5) создаётся при использовании конденсатора для сглаживания кривой выпрямленного напряжения. При этом поведение схемы характеризуется импульсным режимом работы.

В отличие от предыдущих случаев для отпирания диодов VD1 или VD2 недостаточно только изменения полярности полуволн напряжений. Необходимо, чтобы вторичные напряжения превысили напряжение на конденсаторе С, определяющие потенциал катодов VD1 и VD2 и выходное напряжение Ud.

Пусть на интервале ,и . Оба диода при этом закрыты. К VD2 приложено обратное напряжение . VD1 закрыт, т.к. и приложено к нему в обратном направлении. Питание нагрузки производится от конденсатора, разряжающегося на неё с постоянной времени . В момент , VD1 открывается, подключая конденсатор и нагрузку к напряжению U2’. На интервале конденсатор разряжается под действием напряжения U2’. Процесс заряда конденсатора заканчивается в момент , когда напряжение на нём станет равным U2’ и VD1 закрывается. На интервале VD1 и VD2 заперты, конденсатор разряжается на нагрузку. В момент , открывается VD2 и на интервале пропускает импульс зарядного тока конденсатора. Далее процессы повторяются.

Наличие конденсатора делает кривую Ud сглаженной по сравнению с активной нагрузкой. Поскольку Cd = Ud/Rн, ток нагрузки получается также хорошо сглаженный.

studfiles.net

Методические указания

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ

ОДНОФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

С НУЛЕВЫМ ОТВОДОМ

к выполнению лабораторной работы

по курсу

"Физические основы электроники"

для студентов специальности

направления

Электронное издание локального распространения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов – 2006

Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.

Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.

Составители: Фурсаев Михаил Александрович,

Артюхов Иван Иванович

Под редакцией М.А.Фурсаева

Рецензент В.И.Беляев

410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, Научно-техническая

библиотека СГТУ

тел.: 52-63-81, 52-56-01

http://lib.sstu.ru

Регистрационный

номер 060464Э

технический университет, 2006

Цель работы: изучить принцип работы и провести экспериментальное исследование однофазного выпрямителя с нулевым отводом от вторичной обмотки трансформатора при активной нагрузке, а также с емкостным и активно-емкостным фильтрами.

Основные понятия Принцип работы выпрямителя с нулевым отводом

Схема однофазного выпрямителя с нулевым отводом от вторичной обмотки трансформатора представлена на рис.1. В ее состав входят силовой трансформатор с двумя вторичными обмотками, с которых снимаются напряжения, одинаковые по величине, но сдвинутые по фазе на 180° относительно нулевой точки, а также два диода Д1 и Д2, обладающие свойством односторонней проводимости.

Рис. 1

Принцип работы выпрямителя целесообразно рассматривать для случая активной нагрузки RH с использованием временных диаграмм напряжений и токов, которые приведены на рис.2.

На рис. 2,а,б представлены временные зависимости напряжения u1 поступающего на первичную обмотку трансформатора, и напряжений u2-1 и u2-2, снимаемых с вторичных обмоток.

Рассмотрим процессы, происходящие в схеме, когда входное напряжение и1 имеет положительную и отрицательную полярности (интервалы фаз 0 ÷ исоответственно). Полярность напряжений на обмотках трансформатора на рис.1 указана без скобок для интервала фаз 0 ÷и в скобках для интервала фаз.

Рис.2

В интервале фаз 0 ÷ на анод диода Д1 подается положительное напряжение, а на анод диода Д2 - отрицательное напряжение. Поэтому диод Д1 находится в открытом состоянии, а диод Д2 - в закрытом состоянии. Через верхнюю обмотку трансформатора, диод Д1 и нагрузку RH протекает ток. В нагрузке создается напряжение, временная зависимость которого при пренебрежении индуктивностью вторичной обмотки трансформатора совпадает с временной зависимостью напряжения u2-1, что иллюстрируется положительной полуволной на рис.2,в.

В интервале фаз в открытом состоянии находится диод Д2, а в закрытом - диод Д1. Ток протекает через нижнюю обмотку трансформатора, диод Д2 и нагрузку RH. При этом направление тока в нагрузке будет таким же, как и в интервале фаз 0 ÷ . Поэтому напряжение на нагрузке также имеет положительную полярность (см. рис.2, в).

Ток id, протекающий через нагрузку (рис. 2, г), определяется по формуле

. (1)

Как видно из рис.2,в,г выпрямленные напряжение и ток имеют пульсирующий характер. Разложение периодических функций ud() иid() в ряд Фурье позволяет выделить постоянную и гармонические составляющие напряжения и тока. Для потребителей выпрямленного напряжения важной является постоянная составляющая, которую можно определить как среднее значение напряженияud(). Поскольку период выпрямленного напряжения соответствует интервалу фаз, внутри которого напряжение изменяется как функция синуса, можно записать

, (2)

где U2 - действующее значение напряжения, снимаемого с одной из вторичных обмоток трансформатора. При этом пренебрегается потерями в открытом диоде и вторичной обмотке трансформатора. В этом случае амплитудное значение напряжения на нагрузке совпадает с амплитудой напряжения на вторичной обмотке

. (3)

Аналогичные соотношения могут быть записаны для выпрямленного тока

. (4)

. (5)

Средние значения выпрямленных напряжений и тока на рис.2,в,г отмечены горизонтальными прямыми. Амплитуды переменных составляющих (или гармоник) напряжений могут быть определены из соотношения

, (6)

где υ - номер гармоники, a m - число периодов выпрямленного напряжения на периоде входного напряжения. Как видно из сравнения рис.2,а,в для рассматриваемой схемы выпрямителя m =2.

Качество выпрямленного напряжения оценивается параметром, называемым коэффициентом пульсаций q, который определяется как отношение амплитуды υ-й гармоники к среднему значению напряжения Ud. Наибольшая амплитуда соответствует первой гармонике, для которой

. (7)

Величина параметра m одновременно указывает на то, во сколько раз увеличивается частота первой гармоники выпрямленного напряжения относительно частоты питающей сети. Так при частоте питающей сети fc=50 Гц частота первой гармоники выпрямленного напряжения составляет 100 Гц. Коэффициент пульсаций для этой гармоники согласно соотношению (7) равен q= 0,67.

В рассматриваемой схеме диоды находятся в открытом и закрытом состояниях попеременно. Когда через открытый диод протекает ток, падение напряжения на нем практически равно нулю. К закрытому диоду приложено обратное напряжение, величина которого изменяется по синусоиде. Все это иллюстрируется графиками, приведенными на рис.2,д - ж.

Поскольку через каждый диод ток протекает в течение одного полупериода питающего напряжения, величина среднего тока диода вдвое меньше среднего тока нагрузки

. (8)

Амплитудные значения токов в диодах и в нагрузке одинаковы.

К закрытому диоду прикладывается удвоенная величина напряжения, снимаемого с каждой части вторичной обмотки трансформатора. Поэтому максимальная величина обратного напряжения, которую должен выдерживать диод,

. (9)

Соотношения (8) и (9) используются при выборе типа диода, который может быть применен в выпрямителе, обеспечивающем заданные значения выпрямленных напряжений и токов.

studfiles.net

В) Трехфазные выпрямители с выводом нулевой точки трансформатора

В трехфазных схемах с нулевым выводом (нулевая схема) свободные концы вторичных обмоток связаны, как и в двухфазной схеме, с анодами вентилей и ток через вторичные обмотки проходит только в одном направлении. В общей точке связи катодов анодные токи суммируются, образуя выпрямленный ток . В период одиночной работы выпрямленный ток проходит через один из вентилей, а в период коммутации – через два вентиля. КогдаХd в цепи нагрузки бесконечно велико и , изменение анодных токов происходит в короткозамкнутом внутреннем контуре между двумя фазами (рис.1.20,а).

Рис. 1.20. Выпрямление трехфазного тока с нулевым выводом

Через вентиль, вступающий в работу (вентиль VD2), ток проходит в проводящем (прямом) направлении, а в вентиле, заканчивающим свою работу (вентиль VD1), ток проходит в непроводящем (обратном) направлении, уменьшая тем самым анодный ток в этом вентиле (VD1).

Разность фазовых напряжений, создающая принужденную составляющую тока равна

. (1.104)

Примечание. В случае, когда вторичных обмоток три , линейное напряжение

Сопротивление в контуре коммутации равно двойному значению анодного сопротивления Ха. Поэтому принужденную составляющую тока можно определить по аналогии с однофазной нулевой схемой по уравнению

. (1.105)

Свободная составляющая равна с обратным знаком значению в моментt=0 .

Поэтому

. (1.106)

Полный ток в короткозамкнутом контуре

. (1.107)

Косинусоида, соответствующая , построена пунктиром на рис. 1.20, г. Отрицательный максимум ее совпадает с началом коммутации тока. Величина коммутации тока может быть найдена графически по точке пересечения прямой, проведенной, как показано на рис. 1.20, г., от касательной к отрицательному максимуму косинусоиды вверх на величину, равную Id . Току , равному в период коммутации, соответствует участок косинусоиды, заключенный между касательной к ней и прямойId . По этому участку и построен начальный участок тока в вентилеVD2 в первый период коммутации. Во внекоммутационный период анодный ток и равный ему выпрямленный ток, остается приXd = неизменным и равным среднему значению тока Id.

В период коммутации ток, в заканчивающем свою работу вентиле, равен

. (1.108)

Аналитическую зависимость для угла  можно получить, подставив в (1.107) значение при t=, либо в (1.108) значение приt= .

Это дает

, (1.109)

откуда

. (1.110)

Мгновенное значение выпрямленного напряжения в период коммутации равно полусумме фазных напряжений (рис 1.20, в), поскольку напряжения коммутирующих фаз становятся одинаковыми в силу общих потенциалов у начала и конца обмоток (у фазы вступающих в работу, напряжение снижается на столько же, насколько оно понижается в фазе, заканчивающей свою работу)

(1.111)

По окончании коммутации выпрямленное напряжение повышается скачком, а далее во внекоммутационный период следует за изменением фазового напряжения.

Падение выпрямленного напряжения в период коммутации, характеризуемое ординатами заштрихованных на рис.1.20, в площадок, дает полуразность фазовых напряжений

(1.112)

Среднее значение падения напряжения может быть найдено путем обобщения формулы (1.91) для однофазной схемы на m фаз. Это дает

(1.113)

Подставляя в (1.113) значение из (1.109), получаем

(1.114)

Падение напряжение определяет ход внешней характеристики приXd =0

. (1.115)

Ход обратного напряжения на вентиле в схеме выпрямления тока показывает кривая, построенная для вентиля VD2 на рис. 1.20, д. Максимальное значение обратного напряжения на вентиле при m =3 равно

. (1.116)

Начальный скачек обратного напряжения равен выражению

. (1.117)

Необходимо иметь ввиду, что при оценке надежности работы вентиля (в отношении вероятности пробоя) наряду с большое влияние на такую вероятность оказывает начальное значение обратного тока, находящегося в прямой зависимости от скорости спада анодного токаперед включением вентиля. В связи с этим становится особо важно знать ход изменения тока в период коммутации. Производную анодного тока дает дифференцирование по углу уравнения (1.107)

Величина повышает значение производной в момент, предшествующей включению вентиля, а величинаXa уменьшает производную тока .

Поэтому в тех случаях, когда по расчетам превышает допустимые (предельные

значения) скорости изменения анодного тока вентилей, необходимо устанавливать дополнительно реактор в цепи первичного напряжения согласующего трансформатора.

studfiles.net

3.1. Однофазный двухполупериодный неуправляемый выпрямитель с нулевым выводом.

Рисунок 3.3

Средний ток нагрузки .

Средний ток диода, необходимый для его выбора .

3.2.1. Работа выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке.

Рисунок 3.4

3.2.2. Работа выпрямителя при активно-ёмкостной нагрузке

Рисунок 3.5

studfiles.net

7.2 Однофазная схема выпрямления с нулевой точкой

Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя с нулевой (средней) точкой изображена на рисунке 7.1. Своё название схема получила из-за того, что вторичная обмотка вентильного трансформатора разделена на две равные части и из средней точки раздела сделан вывод, к которому подключается нагрузка. Данную схему можно рассматривать как сочетание двух однополупериодных выпрямителей, работающих в противофазе на общую нагрузку Rн. В первую половину периода, когда полярность напряжения на вторичной обмотке вентильного трансформатора соответствует обозначениям на рисунке 7.1, в проводящем состоянии находится диодVD1, аVD2закрыт. Ток протекает в верхнем контуре вторичной цепи по часовой стрелке. Во второй полупериод полярность напряжения на обмотке меняется и в работу вступает диодVD2, аVD1закрывается. Ток в этом случае протекает в нижнем контуре вторичной цепи против часовой стрелки. Коммутация тока с одного диода на другой происходит в момент перехода сетевого напряжения через нуль. Независимо от того, какой диод открыт, через нагрузкуRН токiHпроходит в одном направлении, указанном на рисунке 7.1.

Работа выпрямителя иллюстрируется с помощью временных диаграмм, приведённых на рисунке 7.2. Из этих диаграмм видно, что частота пульсации выходного напряжения uH на нагрузке в два раза выше частоты сети, поэтому однофазная схема с нулевой точкой считается двухпульсовой (двухполупериодной).

Среднее значение напряжения на выходе выпрямителя для данной схемы

, (7.1)

где U2 – действующее значение напряжения на половине вторичной обмотки вентильного трансформатора;

ω – угловая частота входного напряжения.

Рисунок 7.1 – Однофазная двухполупериодная схема

Выпрямления с нулевой точкой

Рисунок 7.2 – Временные диаграммы работы однофазной двухполупериодной схемы с нулевой точкой: u2 – кривая напряжения на половине вторич-ной обмотки трансформатора; iV1, iV2 – кривые токов диодов VD1 и VD2; uV1, uV2 – напряжение на диодах VD1 и VD2; iн – кривая тока нагрузки; uн– кривая напряжения на нагрузке

Действующее значение напряжения на половине вторичной обмотки трансформатора

(7.2)

Среднее значение тока через диод в два раза меньше среднего значения тока нагрузки Id:

. (7.3)

Максимальное значение тока диода

. (7.4)

Действующее значение тока диода

. (7.5)

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

(7.6)

где RH– сопротивление нагрузки выпрямителя.

Максимальное обратное напряжение на диоде в непроводящую часть периода

(7.7)

Напряжение на нагрузке – несинусоидальное пульсирующее, состоит из полусинусоид вторичного напряжения трансформатора, следующих одна за другой. Оно образовано постоянным напряжением некоторой величины и набором переменных синусоидальных напряжений определённой частоты и амплитуды. Эти синусоидальные напряжения называются гармониками. Величина каждой составляющей напряжения на нагрузке может быть получена после разложения исходной несинусоидальной кривой в ряд Фурье.

Для рассматриваемой схемы в результате разложения имеем:

Из разложения видно, что напряжение на нагрузке формируется постоянной составляющей величиной Ud, не зависящей от времени, и гармониками с чётной частотой и убывающей амплитудой .

Для оценки качества напряжения на выходе выпрямителя вводится коэффициент пульсации, под которым подразумевается отношение амплитуды основной гармоники в кривой выпрямленного напряжения к среднему значению этого напряжения. Основной считается гармоника с минимальной частотой.

Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения рассматриваемой схемы

следовательно, коэффициент пульсации

. (7.8)

Коэффициент трансформации трансформатора

. (7.9)

Мощность первичной обмотки вентильного трансформатора

где Рd─ мощность на выходе выпрямителя (мощность нагрузки).

Суммарная мощность двух вторичных обмоток трансформатора

. (7.10)

Расчетная мощность трансформатора

. (7.11)

Если на выходе выпрямителя включён сглаживающий дроссель с индуктивностью значительной величины, то мощность трансформатора

. (7.12)

Уменьшение установленной мощности трансформатора объясняется изменением формы тока, протекающего по вторичной обмотке, которая из синусоидальной превращается в прямоугольную.

К достоинствам схемы однофазного выпрямителя с нулевой точкой можно отнести малое количество диодов и протекание тока в любой момент времени только по одному из них. Последнее свойство очень важно для низковольтных выпрямителей, работающих с большими токами, так как позволяет в этом случае повысить КПД выпрямителя за счёт снижения падения напряжения на диодах.

В качестве недостатков рассматриваемой схемы можно отметить большое обратное напряжение на диодах по сравнению с выходным и плохое использование вентильного трансформатора по мощности. Кроме того, при ее реализации необходимо иметь вентильный трансформатор с двумя одинаковыми вторичными обмотками для получения средней точки.

Отмеченные недостатки в меньшей степени присущи однофазной мостовой схеме выпрямления.

studfiles.net

Каталог товаров