Однофазный мостовой выпрямитель
На рис. 2.2 диоды VD1 – VD4 включены по схеме моста. При положительной полуволне приложенного напряжения u2 ток проходит по цепи - диод VD1→сопротивление нагрузки RН→диод VD3. Мгновенное значение тока равно ia1=i0=ia3. Диоды VD2 и VD4 в этот полупериод закрыты, так как к ним приложено обратное напряжение.
В отрицательный полупериод напряжения u2 ток будет проходить по цепи: диод VD2→сопротивление нагрузки RН→ диод VD4. При этом направление тока в сопротивлении RН будет таким же, как и в предыдущем полупериоде.
Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке с учетом
.
Коэффициент схемы
.
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора
.
u2
u1
u0
а)
u2
u2
u0
u0
uд1
uд3
Uосн
m
б)
Рис. 2.2
а - схема; б- временные диаграммы токов и напряжений на его элементах
Среднее значение тока через диод
.
Максимальное значение обратного напряжения на диоде
.
Среднее значение тока диода
.
Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения
.
Частота основной
гармоники пульсаций
,
где
-
частота напряжения сети.
Типовая мощность
трансформатора
.
Преимущества
однофазного мостового схемы выпрямления:
уменьшение пульсаций выпрямленного
напряжения; лучшее использование
трансформатора из-за отсутствия
подмагничивания сердечника выпрямленным
током
.
Трехфазный мостовой выпрямитель
Наиболее распространенной схемой выпрямления трехфазного тока является мостовая схема (рис. 2.3, а). Схема выпрямления включает 6 диодов: диоды VD1, VD3, VD5 с общим соединением катодов образуют катодную группу, а диоды VD2, VD4, VD6 c общим соединением анодов образуют анодную группу.
В определенные интервалы времени ток проходит во внешнюю цепь нагрузки через два диода – один в катодной группе, другой - в анодной. При этом ток проходит через тот диод катодной группы, у которого наибольший положительный потенциал на аноде по отношению к общей точке (точка соединения фаз вторичной обмотки трансформатора) (рис. 2.3, б). В анодной группе ток проходит через диод, у которого наибольший отрицательный потенциал катода.
u2a
u2b
u2c
u2a
u2b
u2c
u2
u0
б)
в)
г)
д)
е)
uд
u0
u0
a
b
c
а)
Рис. 2.3
Проследим работу диодов по диаграммам (рис. 2.3, б, г, д). В интервале времени t1-t2 ток проходит через диоды VD1 и VD6 по цепи: диод VD1→резистор RH→диод VD6, в интервале t2-t3 - через диоды VD1 и VD2 по цепи: диод VD1→резистор RH→диодVD2 и т.д. Диоды работают попарно. Переход тока из одного диода в другой происходит в точках пересечения синусоид напряжений. Направление тока в резисторе RH остается неизменным.
Напряжение u0
на нагрузочном резисторе RH
в интервале времени t2-t3
определим из уравнения электрического
состояния контура, включающего: фазы а
и с вторичной обмотки трансформатора,
диоды VD1,
VD2,
резистор RH:
,
гдеu2а,
u2с
- фазные напряжения.
Полусинусоида напряжения u0, полученная в интервале t1-t4 на рис. 2.3, в, обозначена пунктиром. Выпрямленное напряжение u0 формируется из линейных напряжений, указанных на рис. 2.3, б в интервале времени t2-t1; t3-t2; t4-t3 и т.д.
Среднее значение выпрямленного напряжения
.
Коэффициент схемы КС=2,34.
Для получения требуемой величины U0 действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора U2Ф должно быть в 2,34 раза меньше U0, что значительно уменьшает размеры и массу трансформатора.
Частота пульсаций
выпрямленного напряжения (рис. 2.2,в)
.
Каждый из диодов работает на протяжении 1/3 периода (рис. 2.3, г, д). Поэтому среднее значение тока диода
.
Максимальное обратное напряжение на диоде равно амплитудному значению линейного напряжения:
.
Кривая обратного напряжения на диоде VD1 показана на рис. 2.3, е.
Типовая мощность
трансформатора
.
Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения KПО=5,7%.
Преимущества трехфазной мостовой схемы выпрямления:
- большое среднее значение выпрямленного напряжения по отношению к фазному напряжению вторичной обмотки трансформатора;
- хорошее использование мощности трансформатора;
- незначительные пульсации выпрямленного напряжения.