Эксплуатационные характеристики выпрямителей
Основными величинами, характеризующими эксплуатационные свойства выпрямителей, являются:
Среднее значение выпрямленного напряжения и тока U0 и I0;
Коэффициент полезного действия η;
Коэффициент мощности;
Внешняя характеристика (зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки U0=f(I0));
Коэффициент пульсации.
Однофазный выпрямитель со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, работающей на активную нагрузку
Выпрямитель со средней точкой по существу является двухфазным, так как вторичная обмотка трансформатора со средней точкой создает две ЭДС равные по величине, но противоположные по направлению.
Эквивалентная схема выпрямителя и осциллограммы напряжений и токов поясняющие его принцип работы показаны на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2. а) эквивалентная схема, б)осциллограммы напряжений и токов.
Вентили V1, V2 проводят ток поочередно: например в течение первого полупериода сетевого напряжения положительны потенциал имеет анод вентиля V1, поэтому ток проходит через этот вентиль, сопротивление нагрузки и полуобмотку с ЭДС U1; в течение второго полупериода положительным становится потенциал анода вентиля V2 (анод V1 становится отрицательным) и он пропускает ток через нагрузку и другую половину вторичной обмотки с ЭДС U2 в том же направлении что и в первый полупериод. Таким образом, в отличие от простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя в выпрямителе с нулевой точкой вторичных обмоток ток в нагрузке проходит в течение обоих полупериодов сетевого напряжения, но каждая из половин вторичной обмотки оказывается нагруженной током только в течение полупериода. В результате встречного направления намагничивающих сил постоянных составляющих токов вторичных полуобмоток в сердечнике трансформатора отсутствует вынужденное намагничивание.
Среднее значение (постоянная составляющая) выпрямленного напряжения определяется с помощью разложения в ряд Фурье косинусоидального импульса выпрямленного напряжения:
где U2m – амплитуда напряжения вторичной полуобмотки, а U2 – действующее значение напряжения на ней.
Величина обратного напряжения на неработающем вентиле равно двойной амплитуде вторичного напряжения полуобмоток 2U2m или через U0:
Действующее значение напряжения вторичной полуобмотки из выражения (1.1):
Среднее значение выпрямленного тока через нагрузку и вентиль:
где Iam – амплитуда тока через вентиль.
Среднее значение тока через вентиль:
Действующее значение тока вентиля:
Действующее значение тока вторичной обмотки:
Мощность вторичной обмотки трансформатора:
где
- среднее значение мощности на нагрузке
выпрямителя.
Действующее значение тока первичной обмотки находится через баланс мощностей:
где
– коэффициент трансформации.
Мощность первичной обмотки трансформатора:
Типовая мощность трансформатора:
Однофазная мостовая схема выпрямителя с активной нагрузкой
Однофазная мостовая схема осуществляет двухполупериодное выпрямление.
Эквивалентная схема выпрямителя для рассматриваемого режима, а также осциллограммы поясняющие принцип работы показаны на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3. а) эквивалентная схема, б) осциллограммы поясняющие принцип работы мостовой схемы выпрямления.
На рисунке представлены осциллограммы:
1 – тока через диод VD4;
2 – тока через диод VD2;
3 – обратного напряжения на VD4;
4 – выпрямленного напряжения на нагрузке.
Вентили в схеме проводят ток попарно: V1, V4 и V2, V3. Они соединены между собой и нагрузкой последовательно. В схеме начинает пропускать ток пара выпрямителей, у которой анод вентиля катодной группы (V1 или V3) имеет наиболее высокий потенциал, а катод вентиля анодной группы (V2 или V4) наиболее низкий потенциал.
Средние значения выпрямленного напряжения и тока, а так же среднее и действующее значение тока через вентили мостовой схемы такие же, как и в схеме со средней точкой.
Обратное напряжение неработающего вентиля определяется напряжением вторичной обмотки трансформатора:
Расчетная мощность трансформатора:
