1.3 Параметры выпрямителей

Выпрямители характеризуются выходными параметрами: номинальным средним значением выпрямленного напряжения , номинальным средним значением выпрямленного тока, коэффициентом пульсаций выпрямленного напряжения, частотой основной (первой) гармоники выпрямленного напряжения, выходным (внутренним) сопротивлением выпрямителя, коэффициентом полезного действия.

Номинальные – заданные значения выходного напряжения и тока выпрямителя, обеспечивающие нормальное функционирование питаемого устройства.

Выходное сопротивление выпрямителя можно определить из внешней характеристики выпрямителя , т. е. зависимости напряжения на нагрузкеот тока нагрузки:

, (1)

где – изменение напряжения на нагрузке, обусловленное изменением тока.

Коэффициентом пульсаций называется отношение амплитуды k-й гармоники выпрямленного напряжения , (несинусоидальное напряжение может быть представлено в виде гармонического ряда, где коэффициенты ряда Фурье,– постоянная составляющая и амплитудаk-й гармоники выпрямленного напряжения) к среднему значению:

, (2)

Обычно коэффициент пульсаций определяется по первой гармонике , так как онаимеет наибольшую амплитуду и наименьшую частоту, а ее фильтрация связана с большими техническими трудностями. Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения определяется схемой выпрямления. Для однофазной, двухфазной и трехфазной схем соответственно,,,a для однофазной и трехфазной мостовых схем исоответственно. Практически определяется путем измерения (с помощью осциллографа) и (магнитоэлектрическим вольтметром, показания которого раны среднему значению постоянной составляющей измеряемого напряжения) и в этом случае , а

, (3)

Помимо этих основных электрических параметров выпрямители характеризуются стоимостными, габаритно-массовыми и другими показателями.

1.4 Однофазные выпрямители

Однофазная схема выпрямления

Схема однофазного однотактного (однополупериодного) выпрямителя приведена на рисунке 2, а. Выпрямитель состоит из однофазного двухобмоточного трансформатора , полупроводникового диода-вентиляи нагрузкиопределяется по заданными, т.е..

Для качественного анализа параметров выпрямителя рассмотрим временные диаграммы напряжений и токов в элементах, схемы, имея в виду, что зависимость тока через вентиль от приложенного к нему напряжениянелинейная. Как этовидно из вольтамперной характеристики (ВАХ) диода (рисунок 3) вентиля, он проводит ток преимущественно в одном направлении - от анода к катоду. Такое направление считается прямым и характеризуется величинами ,, при этом потенциал анода выше потенциала катода. Другое направление тока, от катода к аноду (,–третий квадрант на рисунке 3), считается обратным. Расчет выпрямителя, основанный на полном учете параметров вентилей, получается неоправданно сложным, и с целью его упрощения ВАХ вентилей обычно аппроксимируют кусочно-линейными зависимостями.

При и(обычно,) реальный вентиль в схемах замещения заменяется на идеальный вентиль (ИВ), ВАХ которого приведена на рисунке 4.

Пренебрегая индуктивностью рассеяния и активным сопротивлением обмоток трансформатора, получим временные диаграммы (рисунок 2, б), иллюстрирующие принцип работы выпрямителя.

В положительный полупериод напряжение на резисторе, а при,, при этом . Такой выпрямитель имеет высокий уровень пульсаций, низкий КПД и обычно используется для питания маломощных потребителей (кинескопы, электронно-лучевые трубки).

Мостовая схема выпрямления

На рисунке 5 приведена однофазная (двухполупериодная, двухтактная) мостовая схема выпрямления. Она состоит из однофазного трансформатора , четырех вентилей, включенных по мостовой схеме, и нагрузки выпрямителя. Действие схемы поясняется на рисунке 5, (б), где показаны формы токов и напряжений в различных сучениях идеализированной схемы.

Допустим, что напряжение ни вторичной обмотке трансформатора изменяется в соответствии с рисунком 5, б. Тогда в течение первого полупериода к вентилям ибудет приложено прямое напряжение (а к вентилями– обратное) и в цепи, образованной вторичной обмоткой трансформатора, вентилями,и нагрузкой, будет проходить импульс тока(рисунок 5, б).

Рисунок 2 – Схема однофазного однополупериодного выпрямителя (а), временные диаграммы (б), внешняя характеристика (в)

Рисунок 3 – Вольт-амперные характеристики вентиля

Рисунок 4 – Вольт-амперные характеристики реального вентиля

Форма напряжения на будет повторять форму . Припроисходит смена полярности напряженияи привентили,проводят ток, а,заперты. В нагрузке проходит импульс тока, направление которого совпадает с, а во вторичной обмотке трансформаторанаправлен навстречу(рисунок 5, б). Поэтому их постоянные составляющие компенсируются, а трансформатор работает в режиме без постоянного подмагничивания, в отличие от схемы однополупериодного выпрямления (рисунок 2). Таким образом, за период преобразуемого напряжениявпроходят два импульса тока и, следовательно, частота пульсаций1-й гармоники выпрямленного напряжения . Средние составляющиеив 2 раза больше, чем в однополупериодном выпрямителе, что является важным достоинством такой схемы выпрямления.