Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 8

Недостатком схемы является повышенное падение напряжения на диодах и необходимость применения изолирующих прокладок при установке диодов на один радиатор. Мостовая трехфазная схема (рис. 2.1,г) обладает высоким коэффициентом использования мощности трансформатора, малым значением обратного напряжения на диоде, повышенной частотой пульсаций выпрямленного напряжения. Схема используется в широком диапазоне выходных мощностей и выпрямленных напряжений. Соединение вторичной обмотки трансформатора звездой позволяет избежать появления уравнительных токов при асимметрии фазных напряжений. Схема может применяться Без трансформатора.

В устройствах высокого напряжения применяются схемы выпрямителей по рис. 2.1,а-г, а также схемы с диодно-конденсаторными умно- жителями напряжения (рис. 2.1,д). Трансформатор в такой схеме используется как промежуточное звено и выполняет функцию предварительного повышения напряжения. Массогабаритные характеристики высоковольтных выпрямителей оказывают существенное влияние на характеристики высоковольтных источников электропитания, так как кроме преобразования напряжения выпрямитель должен обеспечить электрическую изоляцию высоковольтных и низковольтных цепей.

В зависимости от значения выходного напряжения и выходной мощности трансформаторно-выпрямительные модули занимают от 30 до 60 % массы и объема высоковольтных источников электропитания. Шестифазная однотактная схема (рис. 2.1,е) применяется для получения низких напряжений (менее 10 В) при токах нагрузки до сотен ампер. Первичная обмотка трансформатора должна быть соединена в треугольник для исключения вынужденного намагничивания магнитопровода. Пульсации выходного напряжения в этой схеме такие же, как 1 в трехфазной мостовой, но трансформатор должен быть рассчитан на 6олее высокую габаритную мощность.

Целесообразность применения схемы для низких напряжений объясняется тем, что падение напряжения на диодах в каждом такте работы в 2 раза меньше по сравнению с трехфаэной мостовой схемой. Работа выпрямителя в существенной мереопределяется характером его нагрузки. При этом имеют место различные формы тока в зависимости от характера нагрузки. Активная нагрузка источника электропитания встречается редко и обычно реализуется при отсутствии фильтра.

! Примером может служить нагреватель электровакуумного прибора. Чаще нагрузка является активно-емкостной или активно-индуктивной. К активно-емкостной нагрузке можно отнести электронно-лучевые трубки, ! электровакуумные приборы, вычислительные устройства и др. Активно- индуктивная нагрузка создается фильтром, начинающимся с дросселя, а при отсутствии фильтра такой нагрузкой являются технологические установки электронной техники, электромагнитные механизмы, электродвигатели системы охлаждения и др. Рассмотрим две широко распространенные в источниках электропитания схемы выпрямления: двухполупериодную с выводом средней точки и однофазную мостовую.

В схеме с выводом средйей точки при работе на активно-емкостную нагрузку (рис. 2.2,а-е) выходное напряжение Увы„имеет пилообразную форму, а форма токов 122 и 12» через диоды близка к косинусоидальной. В общем токе двух вторичных полуобмоток 12 общ — 121 122 отсутствует постоянная составляющая (рис.

2.2,д), поэтому ток 22 перВИЧНОй О6МОтКИ СОВПаДаЕт ПО ФОРМЕ С ТОКОМ тг бщ, а ПРЕВЫШЕНИЕ аМ- плитуды тока первичной обмотки над амплитудой общего тока определяется коэффициентом трансформации гн П = п(1щ — 12г). Токи 222 и 1»г во времени не перекрываются, поэтому действующее значение тока 11 первичнои обмотки 11 — — п»тг2 1л, 42 43 1г — — и /21д — — п1выю Рис.

2.3. Схема с выводом средней точки (а) и диаграммы ее работы на индуктивно-емкостную нагрузку (6-е) Рис. з.з. Схема с выводом средней точки (а) и диаграммы ее работы на активно-'емкостную нагрузку (6-е) П = паз. где 1д — действующее значение тока через диод. Габаритная мощность Р„е трансформатора для рассматриваемой схемы Рг,в — — 0,5(п~/21в(1з/п + 21з1/з) = 1,71л(/т 2Рьнх~ где Г/з — напряжение на вторичной полуобмотке трансформатора; Р„,„— выходная мощность выпрямителя. Отсюда видно, что габаритная мощность превышает выходную примерно в 2 раза.

Амплитуда обратного напряжения на каждом диоде в 2 раза превышает амплитуду напряжения на вторичной полуобмотке трансформатора. При активно-индуктивной нагрузке в схеме с выводом средней точки (рис. 2,3,а) выходное напряжение с1 имеет форму огибающей положительных значений напряжений вторичных полуобмоток (рис. 2.3,6).

Токи вторичных полуобмоток гзт и г' з по форме близки к прямоугольникам (рис. 2.3,в,г), а их общий ток (аеещ имеет форму меандра (рис. 2.3,д). По форме ток первичной обмотки гг совпадает с током гз ~щ, а по значению отличается от него в п раз (рис. 2.3,е). Действующее значение тока первичной обмотки где 1ьы„— выходной ток (ток в нагрузке) выпрямителя. Габаритная мощность трансформатора Рг в = 0,5(1 юг~ +21 Г/з) = 1,21 Г/з = 1,34Р Таким оБразом, в схеме с активно-индуктивной нагрузкой трансформатор используется лучше, чем в схеме с активно-емкостной нагрузкой.

Это объясняется тем, что индуктивность, обладающая значительным сопротивлением для переменной составляющей тока, включается последовательно на определенную часть периода в цепь каждой фазы и уменьшает значение переменной составляющей. К недостаткам схем на рис. 2.2 и 2.3 следует отнести необходимость выполнения вторичных обмоток трансформатора симметричными. При асимметрии обмоток в выпрямленном напряжении возникает составляющая пульсаций с частотой выпрямляемой сети.

Однофаэная мостовая схема с активно-емкостной нагрузкой и диаграммы ее работы приведены на рис. 2.4. Напряжение на вторичной обмотке и выпрямленное напряжение показаны на рис. 2.4,6. Заряд емкости при одной полярности напряжения осуществляется через диоды УР1 и УВ4, при противоположной полярности — через диоды У.ОЗ и У.02. Таким образом, токи гидце и гипзз через две группы диодов УО1, УВ4 и У.ОЗ, У172 протекают по вторичной оБмотке в различные интервалы времени и в противоположных направлениях (рис. 2.4,е,г).

Ток вторичной'обмотки не содержит постоянной составляющей. Он равен сумме токов двух групп диодов и изменяется в соответствии с рис. 2.4,3. Ток первичной обмотки (г имеет форму, аналогичную форме тока тз, а его значение отличается от значения тока гг коэффициентом трансформации и: 1 в = т/21~ р, 1г = ггугд Ъйа 12 = "Г21рр = 1вык.

Рис. 2.э. Однофззная мостовая схема с индуктивно-емкостной нагрузкой Рис. 2иц Однофазная мостовая схема с активно-емкостной на- грузкой 11 = пуг, 11 = п1вых. габ = 127хг = 1 11~ вых. 47 Действующее значение тока 11 первичной обмотки представляется аналогичной зависимостью от действующего значения тока 12 вторичной обмотки; 11 — п12. На рис. 2.4,е показан ток 11 первичной обмотки с учетом тока хо- лостого хода. В мостовой схеме отсутствует вынужденное подмагничивание, так как токи первичной и вторичной обмоток не содержат постоян н ых с оста зля ющ их. Действующее значение тока вторичной обмотки определяется по формуле где д — угол отсечки диода 1см.

рис, 2,4,6). Коэффициент использования вторичной обмотки трансформатора по току Аг = 12/1вых = 0 707. Габаритная мощность трансформатора в рассматриваемой схеме Рхаб = 1202 — 1,66Раык ОБратное напряжение У б х на двух одновременно закрытых диодах в 2 раза превышает напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Если принять, что обратное напряжение распределяется ме-' жду диодами примерно поровну, то к одному диоду прикладывается напряжение 11вбр ахах = рг тах = 1гЗЗСГвых. Таким оБраэом, в однофазной мостовой схеме обратное напряжение на диоде меньше, чем в схеме с выводом средней точки. Однофазная мостовая схема при активно-индуктивном характере нагрузки приведена на рис.

2.5,а, диаграммы ее напряжений и токов показаны на рис. 2.5,б-е. Ток вторичной обмотки (рис. 2.5,д) является разностью токов двух групп диодов. Его действующее значение Коэффициент использования вторичной обмотки трансформатора по току при этом кг = 1. Токи первичной (рис. 2.5,е) и вторичной х1рис. 2,5,д) обмоток имеют одинаковую форму. Ток 11 первичной обмотки и его действующее значение 11 определяются иэ выражений Габаритная мощность трансформатора в однофазной мостовой схеме с активно-индуктивнои нагрузкой без учета холостого хода 1У 1 э ° У~бр а1ах = 1,570вых~ /вр = 1вых/2 = 1,6/2 = 0,8 А. гак г р+ 2гур, Я„ы Г/,,ы/1,ы„= 24/1,6 = 15 Ом.