7.1 Однофазный мостовой выпрямитель

Схема выпрямителя дана на рис. 68. Принцип действия выпрямителя рассмотрим, приняв нагрузку выпрямителя чисто активной.

Выходное напряжение u_dпри чисто активной нагрузке имеет видоднополярных полуволннапряженияu₂(рис.68., в). Это получается в результате поочередного отпирания диодов Д₁, Д₂и Д₃, Д₄.

При наличии полуволны напряжения u₁отрицательной полярности, полярность напряженияu₂обратная. Под ее воздействием открыты другие два диода, подключающие напряжениеu₂ к нагрузке с той же полярностью, что и на предыдущем интервале (рисунок 3.39, а, б). Ввиду идентичности кривыхu_dдля выпрямителя мостовой схемы действительны соотношения междувыпрямленным напряжением U_d идействующим значением напряжения U₂и соотношения, характеризующие гармонический состав и коэффициент пульсацииq_nвыходного напряжения.

.

Рис.68 – Мостовой выпрямитель

Коэффициент пульсацийотражает отношение амплитудыn-й гармоники пульсации к среднему значению напряженияU_d. Его (q₁) обычно определяют по амплитудепервой гармоники пульсации как наибольшей и труднофильтруемой.

,

где m– эквивалентное число фаз выпрямления (для схемыm= 2 иq₁= 0,67). Для схемы амплитуда первой гармоники пульсации составляет 67 % отU_d.

Поскольку токI_d=U_d/R_нраспределяетсяпоровнумежду парами диодов, токI_aкаждого диода в рассматриваемой схеме также находят из соотношения:I_a=I_d/2 .Обратное напряжениеприкладывается одновременнок двумнепроводящим диодам на интервале проводимости двух других диодов. Максимальное обратное напряжение определяется амплитудным значением напряженияu₂:

u_обр= (2)^1/2u₂= (p/2)U_d.

Выражение для действующего значения тока I₂обусловлено тем, что токi₂синусоидальный, а не пульсирующий:

I₂ = U₂/R_н = [p/(2×2^1/2)]U_d/R_н = [p/(2×2^1/2)]I_d .

Ток I₁связан с токамиI₂иI_dсоотношением:

I₁=I₂/n= [p/(2×2^1/2)]I_d/n;n=U₁/U₂- коэффициент трансформации.

Расчётные мощности обмоток одинаковы: S₁=S₂=S_т= 1,23P_d(P_d– мощность на диоде).

Таким образом, преимуществами мостовой схемывыпрямителя являются болеепростой трансформатор, содержащий только одну вторичную обмотку, именьшее обратное напряжение, на которое следует выбирать диоды. Указанные преимущества компенсируют недостаток схемы, заключающийся в большем числе диодов.

Анализ принципа действия и режимов работы маломощных выпрямителей однофазного тока проводился в предположении, что активные сопротивления обмоток трансформатора, подводящих проводов, сглаживающего дросселя, а также падения напряжения на диодах равны нулю. В связи с этим приведенные соотношения следует считатьприближенными для реальныхсхем, поскольку вследствие падений напряжения на элементах от протекания токов реальное среднее значение выпрямленного напряженияU_dполучается меньше и уменьшается с ростом тока нагрузкиI_d.

Анализ принципа действия и режимов работы маломощных выпрямителей однофазного тока проводился в предположении, что активные сопротивления обмоток трансформатора, подводящих проводов, сглаживающего дросселя, а также падения напряжения на диодах равны нулю. В связи с этим приведенные соотношения следует считать приближенными для реальных схем, поскольку вследствие падений напряжения на элементах от протекания токов реальное среднее значение выпрямленного напряжения U_d получается меньше и уменьшается с ростом тока нагрузки I_d. Это явление отражает внешняя характеристика выпрямителя – зависимость U_d = F(I_d).

Кривая выпрямленного напряжения помимо постоянной составляющейсодержитпеременную(пульсирующую)составляющую, которая определяется разностью напряженийu_d(wt) – U_d. Наличие переменной составляющей в подавляющем большинстве случаев является нежелательным. Поэтому осуществляют фильтрацию выпрямленного напряжения путем подключения к выходу выпрямителя сглаживающих фильтров (рисунок 3.37).

Сглаживающие фильтрывыполняют на основереактивных элементов– дросселей и конденсаторов, которые оказывают соответственно большое и малое сопротивления переменному току и, наоборот – постоянному току. Сглаживающий дроссель включают последовательно с нагрузкой, а конденсатор – параллельно ей.

Наличие сглаживающего фильтра оказывает значительное влияние на режим работы выпрямителя и его элементов. Существенным при этом является характер входной цепи сглаживающего фильтра, определяющий совместно с внешней нагрузкой вид нагрузки выпрямителя. Нагрузка выпрямителя носит активно-индуктивный характер, а для фильтра в виде ёмкости – активно-ёмкостный характер.

Путем выбора параметров фильтра получают постоянное напряжение, удовлетворяющее нагрузку в отношении пульсаций. Наличие сглаживающего фильтра оказывает значительное влияние на режим работы выпрямителя и его элементов. Существенным при этом является характер входной цепи сглаживающего фильтра, определяющий совместно с внешней нагрузкой вид нагрузки выпрямителя. Так для сглаживающих фильтров, выполненных по схемам на пассивных компонентах, кроме одиночной ёмкости, нагрузка выпрямителя носит активно-индуктивный характер, а для сглаживающего фильтра в виде ёмкости – активно-ёмкостный характер.