Iп Id , для диода Uобр e2m, или для тиристора Uп e2m.

По действующему напряжению и току вторичной обмотки можно рассчитать типовую мощность преобразовательного трансформатора и другие его параметры:

S_T = U₂·I₂ .

Если потерями мощности в выпрямителе и в трансформаторе пренеб-речь, то типовая мощность трансформатора превышает мощность на выходе выпрямителя:

.

Коэффициент использования трансформатора

,

что свидетельствует о низкой эффективности использования активных материалов преобразовательного трансформатора.

Однофазный выпрямитель с нулевым выводом содержит преобра-

Рис. 1.3. Однофазный выпрямитель с нулевым выводом

зовательный трансформатор TV с секционированной вторичной обмоткой (рис. 1.3).

Применяется на электроподвижном составе для питания обмоток возбуждения тяговых машин, в электроприборах и радиоаппаратуре производственного и бытового назначения.

Выпрямитель является двухполупериодным (двухпульсовым, так как выпрямленный ток протекает по R_H в оба полупериода переменного напряжения) и в то же время имеет только 2 плеча выпрямительной установки, которые собраны на полупроводниковых приборах, что можно отнести к достоинствам выпрямителя. Выпрямитель нельзя изготовить без преобразовательного трансформатора TV, что является его недостатком. Выпрямитель является однотактным, так как по одной секции вторичной обмотки преобразовательного трансформатора ток протекает в один полупериод за период переменного напряжения. Из-за этого снижается эффективность использования активных материалов трансформатора (проводникового материала секций вторичной обмотки и магнитопровода),

а типовая мощность трансформатора получается больше мощности нагрузки выпрямителя. В один полупериод переменного напряжения ток протекает по первой секции вторичной обмотки трансформатора через диод VD1, через сопротивление нагрузки R_H на нулевой вывод вторичной обмотки. В другой полупериод переменного напряжения ток протекает по второй секции вторичной обмотки трансформатора, через диод VD2 на нулевой вывод вторичной обмотки. Временные диаграммы напряжений, токов представлены на рис.1.4.

Синусоидальная форма мгновенных значений напряжения в одной секции вторичной обмотки может быть записана аналитически в виде:

u₂ = U_2m ·sin ωt.

Среднее значение выпрямленного напряжения U_dо можно выразить через амплитуду синусоидального напряжения:

U_dо = = = = 0,637·U_2m. (1.5)

Так как действующее значение синусоидального напряжения на вторичной обмотке трансформатора U₂ = , то

U_dо = ·U_2m = , U₂ = 1,11U_dо. (1.6)

Частота пульсаций выпрямленного напряжения и выпрямленного тока в 2 раза выше частоты переменного напряжения на входе выпрямителя, что способствует снижению массогабаритных показателей сглаживающего фильтра.

Среднее значение выпрямленного тока I_dо можно рассчитать по формуле

I_dо = .

Ток в диодах протекает в течение одного полупериода переменного напряжения, а среднее значение тока в диодах I_VD за период равно

I_VD = (1.7)

Рис. 1.4. Временные диаграммы напряжений, токов в выпрямителе с нулевым выводом

так как . Среднее значение тока в диодах в 2 раза меньше среднего значения выпрямленного тока, что является положительным свойством данной выпрямительной установки.

Максимальное повторяющееся обратное напряжение прикладывается к анодам и катодам диодов от двух секций вторичной обмотки трансформатора и равно 2E_2m, повышенный класс СПП по напряжению можно отнести к недостатку данного выпрямителя.

Параметры СПП для данного выпрямителя выбираются по условиям: для диода I_п , U_обр 2· E_2m, или для тиристора I_п , U_п 2· E_2m.

Ток в каждой секции вторичной обмотки протекает только в один полупериод переменного напряжения, поэтому действующий ток I₂ можно выразить через действующее значение выпрямленного тока I_d:

I₂ = = = = = = . (1.8)

Если потерями мощности в трансформаторе пренебречь, то действующий ток в первичной обмотке трансформатора равен

I₁ = = . (1.9)

Полная мощность двух секций вторичных обмоток равна

S₂ = 2·U₂·I₂ = 2 = = .

Полная мощность первичной обмотки трансформатора равна

S₁ = U₁ · I₁ =

Типовая мощность преобразовательного трансформатора в схеме выпрямителя с нулевым выводом

S_T = .

Таким образом, типовая мощность трансформатора превышает мощность нагрузки выпрямителя на 20,7 %:

.

Коэффициент использования трансформатора

K_p =

С учетом принятых допущений эффективность преобразования электрической энергии в иной вид энергии и эффективность использования системы электроснабжения выпрямителя с нулевым выводом высокая:

.

Однофазный мостовой выпрямитель содержит 4 плеча по два СПП, объединенных в катодную и анодную группы. В один полупериод переменного напряжения к анодам диодов, например, VD1 и VD3 прикладывается высокий потенциал, а к их катодам низкий потенциал (рис.1.5), объемный заряд на p-n переходах диодов уменьшается, поэтому они находятся в проводящем состоянии. В это время к диодам VD2, VD4 прикладывается обратное напряжение, объемный заряд на p-n переходах увеличивается, и они находятся в непроводящем состоянии.

Рис. 1.5. Однофазный мостовой выпрямитель

Под действием разности потенциалов вторичной обмотки трансформатора через диод VD1, резистор R_н и диод VD3 протекает ток. Во второй полупериод к диодам VD1, VD3 прикладывается напряжение вторичной обмотки в обратном направлении, а к диодам VD2, VD4 – в прямом направлении. Под действием разности потенциалов вторичной обмотки трансформатора через диоды и резистор нагрузки протекает ток. Переменный ток во вторичной обмотке трансформатора протекает в оба полупериода переменного напряжения, поэтому выпрямитель называют двухтактным. Выпрямленный ток в нагрузке R_н протекает в оба полупериода переменного напряжения, поэтому выпрямитель называют двухполупериодным (двухпульсовым).

Рис. 1.6. Временные диаграммы напряжений, токов

Соотношения между средним значением выпрямленного напряжения и амплитудным, действующим значением напряжения во вторичной обмотке трансформатора выражаются равенствами (1.5, 1.6):

U_dо = ·U_2m = , U₂ = 1,11U_dо.

Действующее выпрямленное напряжение U_d равно

Действующий ток во вторичной обмотке трансформатора можно рассчитать, если известно среднее значение выпрямленного тока:

I₂ = = = = =

= I_dо . (1.10)

Действующий выпрямленный ток равен

Среднее значение выпрямленного тока I_dо можно рассчитать по формуле

I_dо = .

Ток в диодах протекает в течение одного полупериода переменного напряжения, а среднее значение тока в диодах I_VD равно

I_VD = .

Среднее значение тока в СПП, так же как и в выпрямителе с нулевым выводом (1.7), в 2 раза меньше среднего значения выпрямленного тока, что можно отнести к достоинствам выпрямителей.

При выборе СПП для мостового выпрямителя необходимо выполнять следующие условия:

для диода I_п , U_обр U_2m, или для тиристора I_п , U_п U_2m.

Класс СПП по повторяющемуся напряжению U_обр, U_п для мостового выпрямителя можно выбрать в 2 раза меньше, чем для выпрямителя с нулевым выводом.

Если потерями мощности в трансформаторе пренебречь и учитывать ранее принятые допущения, то полные мощности первичной S₁ и вторичной обмоток S₂ равны, а типовую мощность трансформатора S_T можно выразить через мощность нагрузки выпрямителя P_d:

S_T =

Типовая мощность трансформатора мостового выпрямителя меньше

типовой мощности выпрямителя с нулевым выводом в раза, то есть меньше на 20,7 %.

Коэффициент использования трансформатора, элементов системы электроснабжения выпрямителя с нагрузкой и эффективность преобразования электрической энергии в иной вид энергии равны

К_р = .