Однофазные однополупериодные схемы выпрямления

Однофазные однополупериодные схемы выпрямления

Однополупериодный однофазный выпрямитель с активной нагрузкой изображен на рисунке 3.13, а временные диаграммы его работы – на рисунке 3.14

При выполнении условия напряжение на нагрузке приблизительно равно напряжению на вторичной обмотке трансформатора .

Тогда среднее выпрямленное напряжение на нагрузке  равно

          (3. 6)

где – среднее квадратичное значение напряжения на вторичной обмотке.

Напряжения   и  связаны соотношением

.                                                            (3. 7)

Рекомендуемые материалы

Обратный ток через вентиль на много порядков меньше, чем прямой ток, поэтому им можно пренебречь (рисунок 3.14).

Первая гармоника пульсирующего постоянного напряжения   на нагрузке

,                                                             (3. 8)

 а коэффициент гармоник по первой гармонике  

.                                                                (3. 9)

Максимальное обратное напряжение на вентиле определяется  амплитудой напряжения на вторичной обмотке трансформатора

.                                                      (3. 10)

В данной схеме ток вторичной обмотки, вентиля и нагрузки равны .

Среднее значение этих токов

.                                                        (3. 11)

Амплитуда тока вентиля:       

.                                          (3. 12)

Среднее квадратичное значение тока вентиля           

                                    (3. 13)

превышает значение постоянной составляющей .

Габаритная мощность вторичной обмотки:

,                            (3. 14)

где  – мощность в нагрузке.

Напряжения на первичной  и вторичной обмотках связаны соотношением

                                 ,                                            (3. 15)

где  – коэффициент трансформации трансформатора.

Пусть в трансформаторе выполняется соотношение .

Тогда среднее квадратичное значение переменной составляющей тока на первичной обмотке  можно определить по формуле     

,        (3. 16)

где –  среднее квадратичное значение переменной составляющей тока на вторичной обмотке .   

Габаритная мощность первичной обмотки:

.     (3. 17)

Габаритная мощность первичной обмотки   несколько меньше, чем вторичной , поскольку в первичной обмотке ток близок к синусоидальному, а во вторичной он содержит постоянную и переменную составляющие.

Габаритная мощность трансформатора определяется:

.                                       (3. 18)

Мощность трансформатора должна быть больше в 3 раза, чем мощность в нагрузке. Это является неэффективным использованием трансформатора.

На рисунке 3.15 представлена зависимость магнитной индукции В в сердечнике трансформатора от напряженности Н намагничивающего поля. В рабочем режиме значение магнитной индукции не может превышать индукции насыщения , поскольку при заходе сердечника в режим насыщения резко уменьшается индуктивность и многократно возрастает ток первичной обмотки, что может привести к выходу трансформатора из строя.

Индуктивность  обмотки связана с магнитной индукцией соотношением

 ,                                                                    (3. 18)

где – число витков обмотки,

        – площадь сечения сердечника,

         ­– ток обмотки.

         Как следует из рисунка 3.15, если  намагничивающее поле превышает значение , то производная   и индуктивность  резко уменьшаются, что и приводит к описанным выше негативным последствиям.

Наличие постоянной составляющей во вторичной обмотке уменьшает амплитуду напряжения, которую можно подавать на трансформатор. При подмагничивании сердечника постоянным током   максимальное значение переменой составляющей напряженности  намагничивающего поля существенно меньше, чем значение  при отсутствии подмагничивания (рисунок 3.15).

Из-за высокого уровня пульсаций схема с активной нагрузкой используется редко, чаще используется нагрузка с емкостным фильтром. Однополупериодный однофазный выпрямитель с емкостным фильтром нагрузки изображен на рисунке 3.16, а временные диаграммы его работы – на рисунке 3.17.

При включении напряжения на первичную обмотку напряжение на конденсаторе  повторяет форму напряжения на вторичной обмотке (рисунок 3.17). В момент времени  напряжение на вентиле меняет знак, он закрывается и конденсатор  разряжается на сопротивление нагрузки ( интервал времени …). В момент времени напряжение на вторичной обмотке  превышает  напряжение на

конденсаторе, вентиль открывает и начинается заряд конденсатора . В момент времени  вентиль  закрывается и все процессы повторяются.

Информация в лекции "Морские нефтегазовы сооружения" поможет Вам.

         Нетрудно видеть (рисунок 3.17), что пульсации напряжения на нагрузке при наличии конденсатора   существенно меньше, чем при чисто активной нагрузке. Причем коэффициент пульсаций снижается при увеличении емкости конденсатора .

         Однако в этом случае усложняется режим работы вентиля. За короткие интервалы открытого состояния вентилей в конденсатор   должна поступить энергия, которая будет рассеиваться на сопротивлении нагрузки в течение всего периода следования этих импульсов, т. е. амплитуда тока в вентилях существенно возрастает по сравнению с чисто активной нагрузкой.

 Кроме того, что требуются более мощные вентили,  снижается коэффициент использования трансформатора, поскольку при увеличении  тока в обмотках возрастают требуемые мощность и габариты трансформатора.

            Еще одним недостатком схемы являются повышенные требования к обратному напряжению вентиля

   .                                                                 (3. 19)

Индуктивные фильтры в однофазных однополупериодных схемах выпрямления не используются, потому что невозможно добиться непрерывного тока в дросселе и нагрузке.