Однофазный мостовой выпрямитель, работающий на активную нагрузку

Схема однофазного мостового выпрямителя и диаграммы, поясняющие его работу, показаны на рис. 4 и 5. Согласующий трансформатор имеет две обмотки (первичную и вторичную), но схема может работать без трансформатора (в отличие от схемы с нулевым выводом), если соотношение напряжения питания с напряжением на нагрузке устраивает потребителя.

Рис. 4

Рис. 4

Рис. 5

При положительной полярности напряжения на вторичной обмотке трансформатора на интервале 0–я ток проводят диоды VD1 и VD4. Падение напряжения на диодах на интервале проводимости близко к нулю, поэтому к нагрузке прикладывается положительная полуволна напряжения вторичной обмотки трансформатора е_г. Ток протекает от источника к нагрузке по контуру: а–VD1–R_H–VD4– b–а. Ток нагрузки повторяет форму напряжения на нагрузке (рис. 2.5, в). На интервале п–2я напряжение на вторичной обмотке трансформатора изменяет полярность, создаются условия для запирания диодов VD3, VD4 и условия отпирания диодов VD2, VD2. Ток протекает по контуру: b–VD3–R_H–VD2–a–b. При этом напряжение вторичной обмотки трансформатора е₂ прикладывается к нагрузке с той же полярностью, что и в предыдущем полупериоде. Так как в каждый момент времени определенный вентиль и нагрузка включены последовательно, форма тока вентиля i_a на интервале проводимости повторяет форму тока нагрузки (рис. 2.5, г).

Вторичная обмотка трансформатора в любой временной интервал включена последовательно с определенными вентилями. Учитывая, что каждую половину периода соответствующая пара вентилей изменяет направление тока вторичной обмотки трансформатора, получаем что ток i₂ будет иметь синусоидальную форму. Ток первичной обмотки трансформатора ij связан с током вторичной обмотки трансформатора через коэффициент трансформации: ij = г₂/К_г Поэтому ток ij тоже будет изменяться по синусоидальному закону (рис. 2.5, а). Временная диаграмма напряжения на одном из вентилей показана на рис. 2.5, д. При протекании тока через вентиль на интервале 0–я падение напряжения на диоде близко к нулю.

На интервале я–2я к запертым диодам прикладывается напряжение вторичной обмотки трансформатора отрицательной полярности через диоды, пропускающие ток. Расчет схемы проводится аналогично расчету схемы с нулевым выводом с учетом формы токов и напряжений в характерных точках рис. 2.5:

п iJlE

U_d= - \JlE₂ sind dd = = 0,9E₂, (2.10)

о

или

E₂=l,UU_d. (2.11)

Среднее значение тока через диод определим, воспользовавшись временными диаграммами рис. 2.5, в, г:

/_а = V 2. (2.12)

Максимальное значение тока через вентиль

j – I – ^^^тах ЛЕ_гм л/2я U_d я1_А

'атах W _{Rj Rj} ~ ₂ ' ' ‘ ’

Максимальное значение напряжения, прикладываемое к вентилю в закрытом состоянии (рис. 2.5, д), находится по формуле

у– nu_d

£/,Kmax = V2E₂ = –(2.14)

Воспользовавшись рис. 2.5, а, с учетом одинаковых форм первичного и вторичного токов определим их действующие значения /₂ и

'»■ J; V– Д1 ■=^:if- ТШГ^ии“^т5)

Как отмечалось выше, первичный ток обмотки трансформатора будет отличаться от вторичного только на коэффициент трансформации трансформатора:

l_x = l₂/K^\,l\l_d/K_T. (2.16)

Определим типовую мощность трансформатора

Р - ^{+ Г>2} - ⁺ _

2. 2

hm_d

K_TiMu_d-_T¹^\Mu_d-\,ni_d

= ^ 1,23 U_dl_d,

P_T=l,23P_d, (2.17)

где P_d = U_dI_d.

Ниже для сравнения приведены основные расчетные соотношения для однофазных двухполупериодных схем, работающих на активную нагрузку.

Схема с нулевым выводом	Мостовая схема
Ud = 0,9E2 Uа.к.max = πUd E2 = 1,11Ud I2 = πId/4 Iа = Id/2 I1 = 1,11Id/Kт Iа.max = πId/2 Pт = 1,48Pd	Ud = 0,9E2 Uа.к.max = πUd/2 E2 = 1,11Ud I2 = πId/(2) Iа = Id/2 I1 = 1,11Id/Kт Iа.max = πId/2 Pт = 1,23Pd

Сравнивая однофазные схемы выпрямления, можно сделать следующие выводы:

1) в мостовой схеме трансформатор имеет одну вторичную обмотку (в принципе схема может работать без трансформатора) в отличие от схемы с нулевым выводом, в состав которой входят две вторичные обмотки;

2) сечение магнитопровода трансформатора в мостовой схеме меньше, так как расчётная типовая мощность трансформатора меньше, чем в схеме с нулевым выводом;

3) в мостовой схеме используются четыре диода, тогда как в схеме с нулевым выводом только два;

4) ток вторичной обмотки трансформатора в мостовой схеме больше, чем в схеме с нулевым выводом, поэтому вторичная обмотка должна наматываться более толстым проводом.

5) в мостовом выпрямителе к вентилям прикладывается в 2 раза меньшее напряжение, чем в схеме с нулевым выводом (при равных напряжениях на нагрузке).