Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Работу выпрямителя удобно рассматривать с помощью временных диаграмм (рис. 5 2,б). В первый полупериод, т.е. в интервале времени 0 — Т(2, когда потенциал точки а выше потенциала точки К диод открыт и в нем появляется ток ~„, а в нагрузочном резисторе ток ~„ причем ~„= ~„.
Падение напряжения на диоде и = 0 В интервал~ и времени Т!2 -Т диод закрыт,ток ~„и ток в нагрузочном резистоР~ 200 где Р— мощность потерь в трансформаторе, а Р— могцность потерь в диодах. В однополупериодном выпрямителе (рис. 5.2) сра~Г2С2 !по ~аЬ1===0,45~.2(5.1) или У = ~ Ь— -.'РГ= 2,22 У 2,-2 ™ ср = Ъ'Ы= 0,45 (/2 н ср Ток 1„, является прямым током диода, т.е. с/2 1~ с! 1~~ ср 0~45 Ян (5.2) Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора Уг Лн ~Г2Ан (5.3) Коэффициент пульсаций р = 1,57. Это значение можно получить нз разложения в ряд Фурье выходного напряжения однопалупериоднаго выпрямителя: и„= (1+ — сояв !+ — соя 2м / — — сок 4о / +...).
(5.4) Унт Л 2 2 л 2 3 !5 Принимая ва внимание, чта коэффициент пульсаций р есть отноШение амплитуды основной (первой) гармоники,(/,с„=с/, „,=1.~„„,/2, частота которой в данном случае равна о, к выпрямленному напря- 201 отсутствует, а к запертому диоду прикладывается обратное напряжение и2, т.е. и„= и2 и его максимальное значение С7,б „,,— — сГ2Г2. О с н о в н ы м и э л е к т р и ч е с к и м и п а р а м е т р а м и однополупериоднаго выпрямителя являются: средние значения выпрямленных тока и напряжения 1„с и С'„,р; мощность нагрузочного устройства Р„, = Ц„р 1„,р; амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения Ь' „ коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения р=1/,„ /Ь'„,~; действующие значения тока и напряжения первичной и вторичной обмоток трансформатора 1!, У! и 12, 02, коэффициент полезного действия н.сР/(Р +Р +Р ) жению Г, =Гнн„/к получим = Гнтя =" -! 57 2Гн и 2 Основным преимуществом однополупериодного выпрямителя яв ляется его простога Анализ электрических параметров позволяет сделать вывод о недостатках этого выпрямителя большой коэффици ент пульсаций, малые значения выпрямленных тока и напряжения Следует обратить внимание еще на один недостаток однополупериодного выпрямителя Ток имеет постоянную составляющую, которая вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, из-за чего уменьшается магнитная проницаемость сердечника, что, в свою очередь снижает индуктивность обмоток трансформатора Это приводит к росту тока холостого хода трансформатора, а следовательно, к снижению КПД всего выпрямителя Однополупериодные выпрямители применяют обычно для питания высокоомных нагрузочных устройств !например, электроннолучевых трубок), допускающих повышенную пульсацию, мощностью не более )Π— !5Вт Диод в выпрямителе является основным элементом Поэтому диоды должны соответствовать основным электрическим параметрам выпрями- телей При выборе типа диодов необходимо зна гь среднее значение прямого тока 1н,, которое численно равно среднему значению выпрямленного тока 1н,„, максимальное обратное напряжение на диоде 0;,в Для надежной работы диодов в выпрямителях требуется выполнение условий 1н„,„> 1„„и Г б „„,> ч2Г, примерно с превышением в 30" 0 Отметим.
что при выпрямлении напряжения, амплитудное значение которого превышает Г б „„для одного диода, можно включать последовательно два или несколько однотипных диодов Обратное напряжение при этом будет распределяться пропорционально обратному сопротивлению диодов Я,б„ Поскольку обратные сопротивления у однотипных диодов имеют некоторыи разброс, обратные напряжения на последовательно включенных диодах будут разными Для выравнивания обратных напряжений параллельно диодам включают шунтирующие резисторы Р ! — Я з(рис 5 3) Обычно Р = (О,!— — 0,2) Адп 202 Рис 5 3 Последовательное включение полупроводниковых диодов В настоящее время промышленность выпускает полупроводниковые диодные столбы (например, КЦ 106, КЦ 201) Выпрямительный столб —— это группа последовательно соединенных диодов, помещенных в общий корпус Такие столбы выдерживают напряжения С~ б ., свыше 15 кВ Дв ух полупери одные вы и ря м и тели бываютдвух типов мостовыми и с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора.
Эти выпрямители являются более мощными, чем однополупериодные, так как с их помощью нагрузочные устройства используют для своего питания оба полупериода напряжения сети Они свободны от недостатков, свойственных однополупериодным выпрямителям Однако это достигается за счет усложнения схем двухполупериодных выпрямителей Наибольшее распространение получил двухполупериодный мостовой вмирямитель ~рис 5 4,а) Он состоит из трансформатора и четырех диодов, подключенных к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме К одной из диагоналей моста подсоединяется вторичная обмотка трансформатора, а к другой — нагрузочный резистор 1х„Каждая пара диодов И)1, П)з и И32, 1 Р4 работает поочередно Диоды И) и И~э открыты в первый полупериод напряжения вторичной обмотки трансформатора и2 (интервал времени 0- 772), когда потенциал точки а выше потенциала точки Ь.
При этом в нагрузочном резисторе Я„появляется ток ~„(см рис 5 4,6) В этом интервале диоды ГР2, И~4 закрыты В следующий полупериод напряжения вторичной обмотки (интерваг времени Тй — Т) потенциал точки о выше потенциала точки а, диоды кР2, П)4 открыты, а диоды 1'Р~, И)з закрыты В оба полупериода, как видно из рис 5.4,б, ток через нагрузочный резистор А„имеет одно и то же направление. Анализ временных диаграмм позволяет получить выражения для средних значений выпрямленных напряжений и токов 1 ~ ~ ° дш~~ ~ ~ 2Й~~ 2~2У2 2т > 2 к я Е Ан Ан ггг И)! О и, ! ! гга га гаср аг сса,гь ьа ср Из (55) можно найти действующее напряжение вторичной обмотк~) трансформатора: (5.6) Среднии ток каждого диода ~'а ср О'Х< ср (5.ба) Максимальный ток вторичной обмотки У2 =Гз„,И„.
С учетом (5.5) действующее значение тока вторичной обмотки (5.6гг) Из временных диаграмм видно, что максимальное обратное напряжение на диодах Рис 5.4 Схема (а), временные ди- аграммы напряжений и токов (б) мостового выпрямителя у — я (гн ср ) ) ) Ьн ср 2 Ггл. л. пн,1н (асср гнср о Максимальный прямой ток диода — ~/2т — ~ Ьн с2 1 57~гн сР К~ 2Вн Я~ (5.8) Разложив напряжение и„(рис.
5.4,6) в ряд Фурье, получим числовое значение коэффициента пульсации: 2И,, (1+ 2 соя 2О, 1 2 соя 4а 1 +...) . (5.9) л 3 15 Амплитуда основной гармоники частотой 2сэ равна 2/ЗУн, . Следовательно, р= 0.67, Анализ приведенных соотношений показывает, что при одинаковых значениях параметров трансформаторов и сопротивления А„мостовой выпрямитель по сравнению с однополупериодным имеет следующие преимущества: средние значения выпрямленных тока У„, и напряжения Ь'„„~ в 2 раза больше, а пульсации значительно меньше.
В то же время максимальное обратное напряжение на каждом из закрьггых диодов, которые по отношению к зажимам вторичной обмотки включены параллельно, имеет такое же значение, что и в однополупериодном выпрямителе, т.е. Ь", = 1 2У,. Все эти преимущества достигнуты за счет увеличения числа диодов в 4 раза, что является основным недостатком мостового выпрямителя. В настоящее время промышленность выпускает полупроводниковые выпрямительные блоки, в которых диоды соединены по мостовой схеме. В этих блоках могут быть один (КЦ402) илн два электрически не соединенных моста (КЦ403). Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформат о р а (рис.5.5,а) можно рассматривать как сочетание двух однополупериодных выпрямителей, включенных на один и тот же нагрузочный резистор Я„.
Действительно, в каждый из полупериодов напряжения и„~ работает либо верхняя, либо нижняя часть выпрямителя. Когда потенциал точки а выше потенциала средней точки о (интервал времени 0 — Т 2), диод И)1 открыт, диод П)~ закрыт, так как потенциал точки Ь ниже потенциала точки о. В этот период времени в нагрузочном резисторе Я появляется ток (см.рис.55,6). В следующий полупериод напряжения и„~ (интервал времени Т)2 — Х) потенциал точки Ь выше, а потенциал точки а НИЖе потенциала точки о.
Диод П1, открыт, а диод РЮ1 закрыт. При этом ток в нагрузочном резисторе К„имеет то же направление, что и в предыдущий полупериод. При одинаковых значениях напряжений Гз„и ('~1, эти токи будут равны. 205 и, ~~акга ~а~ ср (+) ~а2 иа2 иаагаг Рис 5 5 Схема (а), временные диаграммы напряжения и токов (б) выпрямителя с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора ин,гн с нср гнср б3 Данный тип выпрямителя имеет те же преимущества перед однополу- периодным выпрямителем, что и мостовой выпрямитель, за исключением напряжения Г~б „,„которое определяется напряжением и„~.
При (го,„ „,„„= 1 2Г2„б И ОДИНаКОВЫХ ЗНаЧЕНИЯХ СОПРОТИВЛЕНИЯ НаГРУЗОЧ- ных резисторов Ян гобр макс ~~ и ср З'1 ~ и ср Все остальные соотношения для токов и напряжений определяются по формулам (5.5), (5.б), (5 Я), полученным для мостового выпрямителя, а коэффициент пульсаций р = О,б7 [см.(5.9)1. Помимо указанного недостатка в рассматриваемом двухполупериодном выпрямителе сабариты, масса и стоимость трансформатора значительн~ больше, чем в однополупериодном и мостовом выпрямителях поскольку вторичная обмотка имеет вдвое большее число витков и требУ ется вывод от средней точки обмотки.
206 Отметим, что достоинства этого выпрямителя, присущие мостовому выпрямителю, достигаются при вдвое меньшем числе диодов. Двухполупериодные выпрямители применяют для питания нагрузочных устройств малой и средней мощностей. Трехфазные выпрямители применяют как выпрямители средней и большой мощностей. Существует два основных типа выпрямителей: с нейтральным выводом и мостовой, На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
