8. Приложение Однофазный выпрямитель Мостовая схема выпрямления

Однофазная мостовая схема выпрямления (схема Греца) наиболее широко используется в современных ИВЭ. С помощью однофазного мостового выпрямителя (рис. 4.2) осуществляется двухполупериодное двухтактное выпрямление переменного напряжения. Схема может работать на любой вид нагрузки и в сравнении с другими обладает следующими преимуществами:

- частота пульсаций равна удвоенной частоте сетевого напряжения;

- малое обратное напряжение на вентиле;

- высокий показатель использования трансформатора;

- отсутствие подмагничивания трансформатора;

- удобство применения выпрямителя без трансформатора для выпрямления непосредственно сетевого напряжения.

К недостаткам схемы можно отнести;

- наибольшее (4) количество используемых вентилей;

- повышенное прямое падение напряжения на вентилях.

Рис. 4.2. Мостовая схема Греца

На рисунке 4.3а изображены диаграммы процессов в мостовой схеме выпрямления при работе на емкостную нагрузку (тумблеры S1, S2 – замкнуты), а на рисунке 4.3б изображены диаграммы при работе на индуктивную нагрузку (тумблеры S1, S2 - разомкнуты).

При работе на емкостную нагрузку или нагрузку с емкостной реакцией, когда выполняется условие R_н>10 X_C процессы в выпрямителе будут определяться ёмкостью конденсатора. Напряжение на конденсаторе равно напряжению на нагрузке U_C = U_H. Вентили выпрямителя (например VD2, VD3) будут открыты, когда напряжение на вторичной обмотке будет иметь соответствующую полярность и превышать напряжение на конденсаторе (интервал 2 на рисунке 4.3а). В течение остального времени ток в нагрузку будет поступать за счёт разряда конденсатора. Отбор электрической энергии из сети производится в течение сравнительно короткого времени, называемого двойным углом отсечки 2, при этом ток через обмотки трансформатора и вентили значительно превышает средний ток выпрямителя.

а) б)

Рис. 4.3 Диаграммы токов и напряжений в схеме Греца.

Для процессов в мостовом выпрямителе с емкостной нагрузкой справедливы следующие соотношения:

- расчётный коэффициент А, связывающий угол отсечки тока вентиля с параметрами схемы выпрямления (смотри рис. 4.4)

А= tg -  =  r_ф/ m R_н,

где r_ф - активное сопротивление фазы схемы выпрямления

m = 2 - фазность схемы выпрямления, R_H= U₀/ I₀;

действующее (эффективное) значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

где расчётный коэффициент В = f (А) определяется равенством В = (0,75  1,2) А при А  0,5 в других случаях по графику, приведенному в [1 на cтр.281 или [2] на cтр. 118 (смотри список рекомендуемой литературы данного методического пособия).

- среднее значение тока через одну фазу I_ср = I₀ / m;

- действующее значение тока через вентиль: I_В= D I_ср, где D = f (A) определяется с помощью равенства D = 2 + 1/27A, если А  0,5, или по соответствующему графику (см. [1], стр. 281 или [2], cтр.119);

действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

- максимальное (амплитудное) значение тока вентиля (вторичной обмотки трансформатора):

где: F = f (A) определяется соотношением F = 5 + 0,25 A, если A  0,5 или по соответствующему графику (смотри [1], стр. 281 или [2] cтр. 119);

- действующее значение тока первичной обмотки I₁= n I₂;

максимальное обратное напряжение на вентиле:
коэффициент использования трансформатора:

где: К₁= Р₀/ S₁, K₂= P₀/ S₂ – коэффициенты использования первичной и вторичной обмоток трансформатора; S₁= I₁ U₁, S₂= I₂ U₂ – габаритные (полные) мощности обмоток; P₀= U₀I₀ мощность постоянного тока на выходе выпрямителя (полезная).

В выпрямителе с индуктивной нагрузкой или реакцией (рис. 4.3б), когда X_L  10 R_Н, ток вторичной обмотки трансформатора распределяется в течение всего периода синусоидального напряжения более равномерно. Это свойство индуктивной нагрузки (фильтра) позволяет более полно использовать трансформатор и вентили выпрямителя по току. Для процессов в мостовом выпрямителе с индуктивной нагрузкой справедливы следующие соотношения: