2. Определение действующего значения тока вторичной обмотки.

Вторичная обмотка трансформатора, вентиль и нагрузка соединены последовательно. Поэтому

, (12)

Поместим начало координат в точку О (рис.1.3). По определению действующее значение тока равно:

, (13)

Подставляя значение i₂ из (5.6) в (5.7), после интегрирования получаем:

, (14)

Амплитудное значение тока вентиля равно:

, (15)

Из (14), (15) имеем:

, (16)

3. Определение обратного напряжения, приходящего на вентиль. Выше было показано, что в рассматриваемой схеме:

, (17)

Выражая U_2макс из (1.3) и подставляя (1.11), получаем:

, (18)

4. Определение среднего, действующего и амплитудного значений тока вентиля. Так как вентиль соединен последовательно с нагрузкой и вторичной обмоткой трансформатора, то среднее значение тока вентиля равно выпрямленному току I_0. действующее значение тока вентиля равно действующему значению тока вторичной обмотки и может быть найдено по формуле (1.10). Амплитудное значение тока вентиля равно амплитудному значению тока вторичной обмотки.

5. Определение частоты основной гармоники и коэффициента пульсации схемы. Из рассмотрения рис. 1.3 видно, что напряжение на нагрузке достигает максимума один раз за период. Следовательно, частота основной гармоники равна частоте тока сети:

_, (19)

Коэффициент пульсации по определению равен:

, (20)

где Uо.r.макс – амплитуда основной гармоники. Ее величину можно определить путем разложения несинусоидальной кривой выпрямленного напряжения в ряд. Не приводя промежуточных вкладок, напишем конечный результат:

, (21)

Подставляя (1.15) в (1.14), получаем:

_, (22)

Основным преимуществом однополупериодной схемы является ее простота, так как схема содержит всего два элемента – трансформатор и вентиль.

Недостатками схемы являются:

а) большие размеры и вес трансформатора вследствие плохого использования обмоток и вынужденного намагничивания сердечника постоянной составляющей выпрямленного тока;

б) значительная величина обратного напряжения в вентиле;

в) значительная величина амплитуды через вентиль;

г) большая величина и низкая частота пульсаций, что приводит к увеличению размеров и веса сглаживающего фильтра.

Вследствие перечисленных выше недостатков однополупериодная схема при работе на активную нагрузку не нашла практического применения.

5.2. Работа выпрямителя на нагрузку с емкостной реакцией

Работой выпрямителя на нагрузку с емкостной реакцией называется такой режим, когда параллельно нагрузке включена емкость. Этот режим имеет место при использовании конденсаторов в качестве первого элемента сглаживающего фильтра.

На рис. 5.2.1. приведена схема однополупериодного выпрямителя, работающего на нагрузку с емкостной реакцией.

По мере роста напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора (рис. 5.2.2, а), конденсатор заряжается, и напряжение на его зажимах повышается (промежуток t₀ - t₁). Так как напряжение на емкости отстает от напряжения вторичной обмотки , то в течение всего времени заряда емкости напряжение на обмотке и только в момент прекращения тока через вентиль эти напряжения окажутся равными, причем u₂, будет и в этот момент времени меньше U_{2 макс}.

Во время положительного полупериода вентиль пропускает ток i₂ (рис. 5.2.2. б), который заряжает конденсатор и одновременно питает сопротивление нагрузки.

С момента времени t₁ напряжение u₂, уменьшаясь, становится меньше чем напряжение на конденсаторе, а потенциал анода вентиля меньше, чем потенциал его катода, что и является причиной прекращения тока через вентиль.

В промежутке времени t₁ - t₂ конденсатор разряжается через сопротивления нагрузки, поддерживая ней ток прежнего направления. При этом напряжение его зажимах падает. Степень уменьшения напряжения u_c зависит отношения величины емкости конденсатора С и сопротивления нагрузки R. Чем меньше R и С, тем быстрее разряжается конденсатор , и наоборот, чем больше R и С, тем процесс разряда идет медленнее.

Рис.5.2.1. Схема однополупериодного выпрямления работающего на нагрузку с емкостной реакцией.

Р

1.6

1.7.

Рис.5.2.2. Диаграммы напряжений и токов в однополупериодной схеме работающей на нагрузку с емкостной реакцией

азряд конденсатора продолжается до момента времени t₂, когда увеличивающееся напряжение u₂ становится равным напряжению на конденсаторе. Начиная с этого момента потенциал анода вентиля, становится большим, чем потенциал его катода, конденсатор начинает вновь заряжаться. В дальнейшем, как видно из рис. 1.7, а , описанный выше процесс периодически повторяется.

Н а рис. 5.2.2, б приведена форма кривой тока, протекающего через вентиль. В начале (t₀) и в конце (t₁)заряда ток i₂ равен нулю. Следовательно, в промежутке времени t₀ - t₁ (и соответственно t₂ - t₃) зарядный ток должен достигать максимального значения. Этим и объясняется приведенная на рис. 5.2.2, б импульсная форма кривой тока вентиля.

Конденсатор, включенный параллельно нагрузке, находится в заряженном состоянии, и поэтому его влияние на выпрямитель аналогично влиянию встречной э.д.с.

Разница между режимом работы на встречную э.д.с. и режимом работы на нагрузку с емкостной реакцией заключается лишь в том, что напряжение на зажимах конденсатора в процессе его разряда не может оставаться постоянным, как это имеет место у аккумулятора.

На рис. 5.2.2. в приведена форма напряжения между электродами вентиля. Как нетрудно видеть, во время

о

Рис.5.2.3. Диаграммы напряжений и токов в однофазной мостовой схеме схеме работающей на нагрузку с емкостной реакцией

трицательного полупериода напряжение

между электродами вентиля

складывается из напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора и напряжения на зажимах конденсатора, причем вторичная обмотка и конденсатор включены последовательно.

Величина обратного напряжения в рассматриваемой схеме значительно больше (примерно в 2 раза), чем эта же величина в однополупериодной схеме выпрямления, работающей на активную нагрузку. Если емкость конденсатора, включенного параллельно нагрузке, достаточно велика, то напряжение на его зажимах меняется незначительно и без большой ошибки можно принять, что

_, (23)

В двухполупериодных однофазных и различных многофазных схемах выпрямления включение емкости параллельно нагрузке не приводит к заметному изменению величины обратного напряжения по сравнению с ее величиной в этих же схемах, работающих на активную нагрузку.

Двухполупериодное выпрямление схемы может быть осуществлено при помощи однофазной мостовой схемы выпрямления, приведенной на рис.5 2.4.

Выпрямитель содержит четыре вентиля В₁, В₂,В₃ и В₄ и трансформатор Т_р. В отличие от ранее рассмотренной, схема является двухтактной так как ток во вторичной обмотке притекает в течение всего периода.

В

Рис.5

первый полупериод, когда потенциал точки а(рис. 2.3) положителен, а потенциал точки б отрицателен, ток проходит через вентиль В₁, нагрузку R и вентиль В₂ в направлении, указанном сплошными стрелками. Вентили В₃ и В₄. В это время не пропускают тока и находятся под обратным напряжением. В следующий полупериод, когда потенциал точки б становится положительным, а точка а – отрицательным, ток протекает через вентиль В₃, нагрузку R и вентиль В₄ , в направлении указанном пунктирными стрелками. Вентили В₁ и В₂ в это время не пропускают тока и находятся под обратным напряжением

.

Рис.5.2.4. Однофазная мостовая схема выпрямления.

Из рис. 5.2.3. видно, что направления токов, протекающих через нагрузку в течение обоих полупериодов, совпадают. Поэтому, как и в схеме с нулевым выводом, в данной схеме имеет место двухолупериодное выпрямление.

Переходим к выводу основных соотношений.

1. Определение величины действующего напряжения вторичной обмотки. Так как выпрямленное напряжение в рассматриваемой схеме имеет такую же форму, кА и в схеме с нулевым выводом то для определения действующего напряжения вторичной обмотки можно воспользоваться выражением:

, (24)

2. Определение действующего значения тока вторичной обмотки. Действующее значение тока I₂ находим, пользуясь выражением (2.2). В отличие от предыдущих схем интегрирование производим в пределах от 0 до 2π, тогда имеем по выражению:

, (25)

, (26)

3. Определение обратного напряжения, приходящегося на один вентиль. Выше было показано, что в рассматриваемой схеме

_,

_,

4. Определение среднего, действующего и амплитудного значений тока вентиля. Среднее значение тока через каждый вентиль может быть найдено по формуле

, (27)

_,

5. Определение частоты основной гармоники и коэффициента пульсации схемы. Так как мостовая схема является двухполупериодной, то частоту основной гармоники и коэффициента пульсации схемы можно вычислить по формулам:

; _, (28)

Однофазная мостовая схема имеет следующие преимущества перед двухполупериодной схемой с нулевым выводом: а) размеры и вес трансформатора меньше вследствие лучшего использования обмоток (типовая мощность трансформатора на 20% меньше);

б) не требует специального вывода от средней точки вторичной обмотки;

в) напряжение на зажимах вторичной обмотки вдвое меньше;

г) вентили могут включаться в сеть переменного тока без трансформатора, если напряжение этой сети обеспечивает получение необходимого значения выпрямленного напряжения; получение необходимого значения выпрямленного напряжения;

д) обратное напряжение, приходящееся на один вентиль, вдвое меньше.