3.3 Схемы выпрямления

Простейший выпрямитель обычно содержит: трансформатор, вентиль и нагрузку (рис. 3.15).

Рисунок 3.15 – Простейший выпрямитель

Рисунок 3.16 – Эпюры токов и напряжений простейшего выпрямителя

Это, так называемая, однофазная однотактная схема выпрямления Выпрямленное напряжение (U_d) содержит постоянную составляющую (U₀) и бесконечный ряд гармонических составляющих, первая гармоника которых имеет частоту равную f_сети. За период сети ток i₂ не меняет своего направления, поэтому имеет место постоянное подмагничивание сердечника трансформатора. Ток в первичной обмотке равен сумме тока холостого хода (i_xx) и тока нагрузки, пересчитанного в первичную цепь (i₂^’), который не имеет постоянной составляющей. Форма тока в первичной обмотке (i₁) далека от гармоники, хотя нагрузка активная. В общем случае трансформатор имеет m₁ первичных обмоток (фаз сети) и р фаз во вторичной цепи – число фаз выпрямления, которое называют пульсностью. Обычно m₁p. Пульсность схемы определяется произведением

, (3.7)

где k – число вторичных обмоток трансформатора

q – число импульсов тока за период в одной обмотке.

Поэтому схема рис. 3.15 называется однофазная и однотактная (р=1*1=1).

Рассмотрим схему с пульсностью р =2, которая приведена на рис.3.17. Здесь две вторичных обмотки и через каждую из них за период сети протекает один импульс тока i₂^’ и i₂^’’. Причём, через нагрузку они протекают в одном направлении, а через вторичные обмотки – в разных направлениях и не создают постоянного подмагничивания сердечника трансформатора. Тогда получаем , то есть схема двухфазная однотактная.

Рисунок 3.17–Двухфазный однотактный выпрямитель (схема со средней точкой)

Частота первой гармоники пульсаций вдвое выше частоты сети (Т_П=Т/2) и находится через пульсность

(3.8)

Рассмотрим однофазный мост. Его схема приведена на рис.3.18. Эпюры напряжений соответствуют рис.3.17б. Учитывая, что здесь одна вторичная обмотка, находим пульсность , то есть схема однофазная двухтактная. Частота первой гармоники пульсаций вдвое выше частоты сети (как и в предыдущей схеме). Однако они различаются обратными напряжениями на вентилях – в схеме рис. 3.17, а в схеме 3.18. Кроме того, в схеме рис. 3.17 в цепи тока находится только один диод, а в схеме 3.18 – два диода. Поэтому, в низковольтных выпрямителях предпочтительна схема со средней точкой.

Рисунок 3.18 – Однофазный двухтактный выпрямитель (однофазный

мост)

Рассмотрим трёхфазный выпрямитель.

Трёхфазная однотактная схема выпрямления приведена на рис. 3.19. Эту схему называют также трёхфазной с нулевым выводом или трёхфазной со средней точкой.

Она состоит из трёхфазного трансформатора и трёх вентилей VD1, VD2 и VD3. Нагрузка включается между точкой соединения вентилей и общей точкой вторичных обмоток трансформатора. На рис. 3.20 представлены эпюры токов и напряжений в различных точках схемы.

Рисунок 3.19 – Трёхфазная схема с нулевым выводом

Рисунок 3.20 – Эпюры токов и напряжений для схемы рис.3.19

Трёхфазная двухтактная схема выпрямления (трёхфазный мост или схема Ларионова) приведена на рис. 3.21.

Рисунок 3.21 – Трёхфазная двухтактная схема выпрямления

На рис. 3.22 представлены эпюры токов и напряжений в различных точках схемы. Напряжение на нагрузке является суммой выходных напряжений двух трёхфазных, однотактных выпрямителей, каждый из которых использует свою полуволну фазного напряжения U_d=U_d1+U_d2.

Рисунок 3.22 – Эпюры токов и напряжений для схемы рис.3.21

Учитывая, что здесь три вторичных обмотки, находим пульсность . Частота первой гармоники пульсаций.

Существуют и другие схемы выпрямления с пульсностью 9, 12, 18, 24, 48, 96 и т.д. Это специальные схемы, так называемые, многопульсные выпрямители. Для примера, на рис.3.23 приведена схема 12-пульсного выпрямителя. Она представляет собой последовательное соединение двух трёхфазных мостовых схем. Здесь используется трансформатор с тремя обмотками. Вторичных обмоток две: одна соединяется в звезду, а вторая в треугольник, поэтому вторичные напряжения оказываются сдвинутыми по фазе на угол 30^о. Каждая из вторичных обмоток подключена к мосту, а так как мосты включены последовательно, то сумма напряжений содержит 12-кратные пульсации.

Рисунок 3.23 – 12- пульсная схема выпрямления

Получим количественные соотношения для различных схем выпрямления.