Однотактные выпрямители

Рассмотрим простейшие схемы выпрямителей куда входят силовой трансформатор блок вентилей. Схема соединения вентилей даёт название схемы выпрямителя.

Однофазные выпрямители

Однополупериодный выпрямитель

Рис. 4.3. Схема однополупериодного выпрямителя

а)

б)

в)

г)

Рис. 4.4. Временные диаграммы работы выпрямителя

В схеме однополупериодного выпрямителя с активной нагрузкой R_н ток через вентиль и сопротивление нагрузки протекает только в течение половины периода (рис. 4.4 б) переменного напряжения U2, действующего на зажимах вторичной обмотки трансформатора (4.4 а).

Такой ток имеет пульсирующий характер и изменяется по величине от максимального значения до нуля.

Постоянная составляющая выпрямленного тока ( ) представляет среднее значение тока, протекающего за период в цепи.

= =0,318

Постоянная составляющая ( ) выпрямленного напряжения (рис. 4.4 в) на нагрузке равна: U₀= * = * , т.е

=

Заменив амплитудное значение напряжения ( = *U2), получим

= 0,45 U2 =0,45U2 (1)

Постоянная составляющая тока в нагрузке протекает через вентиль I_{0 =}I_в (2)

Коэффициент пульсации = =1,57, где - амплитуда переменной составляющей напряжение, изменяющегося с частотой повторения импульса, т.е амплитуда 1-ой гармонии.

При подборе диода необходимо, чтобы Iв_доп ≥ I₀ (где I в доn – допустимый ток через вентиль)

Если неравенство не выполняется, то необходимо подобрать диод с большим допустимым значением тока или включить несколько диодов одного типа параллельно, число диодов определить по формуле:

m=

В отрицательный полупериод к диоду приложено обратное напряжение, он закрыт, обратный ток мал и всё напряжение падает на обратном сопротивлении диода (рис. 4.4 г.), т. к. >>

= =3,14 =3,14 (3)

Подбирая диод необходимо обеспечить

>> (где U - максимально допустимое обратное напряжение на вентиле)

Если неравенство не выполняется, необходимо взять диод с более высоким допустимым обратном напряжении или включить несколько диодов одного типа последовательно. Количество диодов определить по формуле n=

Достоинство схемы

Простая схема выпрямителя

Недостатки схемы.

1. Большие пульсации.

2. Большой ток протекает через вентиль (равенство 2).

3. Постоянная составляющая выпрямленного напряжения значительно меньше действующего напряжения на вторичной обмотки трансформатора (равенство 1).

4. Обратное напряжение, приложенное к диоду, когда он закрыт, более чем в три раза превышает выпрямленное напряжение на нагрузке (равенство 3) .

5. Плохое использование вторичной обмотки трансформатора.

Применение

Однополупериодные выпрямители используются в качестве высоковольтных выпрямителей для питания электронно-лучевых трубок и маломощных выпрямителей для зарядки аккумуляторов.

Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой.

Двухполупериодный выпрямитель можно рассматривать как два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку.

Схема такого выпрямителя приведена на рис. 4.5

Рис.4.5 Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Напряжения, питающие Д1 и Д2 одинаковы по величине и сдвинуты между собой по фазе на 180 градусов.

В один из полупериодов, когда потенциал точки а положителен по отношению к потенциалу среднего вывода, диод Д1 открыт Ток i2 протекает: точка а трансформатора, диод Д1, сопротивление нагрузки и замыкается через вторичную обмотку трансформатора оа.

а)

б)

в)

г)

Рис. 4.6. Временные диаграммы работы выпрямителя.

В следующий полупериод, потеницал точи b положителен относительно потенциала средней точки трансформатора о. Ток i_а2 протекает: точка b трансформатора, диод Д2, сопротивление нагрузки , вторичная обмотка трансформатора оb.

Через нагрузку токи i_а1 и i_а2 текут в одном направлении (рис.4.6.б).

Среднее значение тока, проходящего через каждый диод (вентиль) Iв=0,5 (1), где - выпрямленный ток в нагрузке.

= = =

Заменив амплитудное значение напряжения его действующим значением (рис.4.6.в.), получим =0,9U2 (2)

В течение полупериода, когда работает диод Д1, диод Д2 закрыт ,к нему приложено обратное напряжение равное разности потенциалов между точками а и b вторичной обмотки трансформатора. Такое же обратное напряжение в следующий полупериод будет приложено к диоду Д1 (рис.4.6.г.)

=3,14 (3)

Коэффициент пульсации =0,67

Достоинство схемы.

1. Пульсации тока и напряжения в 2 раза меньше, чем в однополупериодной схеме.

2. Выпрямленное напряжение в 2 раза выше, чем в однополупериодной схеме (равенство 2)

3. Используется диод меньшей мощности, чем в однополупериодные схеме (равенство 1).

Недостатки схемы.

1. Большое обратное напряжение (равенство 3).

2. Плохое использование вторичной обмотки трансформатора.

3. Использование специального трансформатора с выводом средней точки.