3.2 Однофазный однополупериодный выпрямитель

3.2.1 Работа на активную нагрузку

Схема выпрямителя показана на рис. 3.1. Поскольку рассматривается идеальный выпрямитель, то u₂= U_2m·sin =K_T ·u₁= u′₁, где  = · t, а K_T – коэффициент трансформации идеального трансформатора. Под действием u₂ ток в цепи нагрузки протекает только в течение тех полупериодов, когда анод вентиля V имеет положительный потенциал относительно катода. Таким образом, вентиль V пропускает ток в первый полупериод.

Во второй полупериод, когда потенциал анода становится отрицательным, ток в цепи равен нулю, т.е.

i_d =i₂ = ·sin  (0  )

i_d =i₂ =0 (  2)

Выпрямленное напряжение

u_d =R_d · i_d =U_dm · sin (3.1)

где U_dm - амплитудное значение выпрямленного напряжения.

Среднее значение выпрямленного напряжения

U_dio = d =U_dm/π =U_2m /π (3.2)

Среднее значение выпрямленного тока (также тока V)

I_d= U_d / R_d = U_2m /( ·R_d) (3.3)

Действующее значение тока вентиля:

IRMS = = =U_2m/(2R_d) (3.4)

Максимальное обратное напряжение на вентиле достигает амплитудного значения напряжения вторичной обмотки:

U_RRM=U_2m= ·U_dio (3.5)

На рис. 3.1 представлены временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу выпрямителя.

Рис. 3.1. Однофазный однополупериодный выпрямитель при работе на активную нагрузку: а - эквивалентная схема; б-д - временные диаграммы напряжений и токов для неуправляемого режима ( = 0); е-з - то же для управляемого режима (  0)

Рис. 3.1. Однофазный однополупериодный выпрямитель при работе на активную нагрузку:

а – эквивалентная схема; б-д – временные диаграммы напряжений и токов для неуправляемого режима (α=0); е-з – то же для управляемого режима (α≠0)

Рис.3.2. Однофазный однополупериодный выпрямитель при активно-индуктивной нагрузке:

а-эквивалентная схема;

б-импульс тока управление длительностью меньше π для разных значений угла регулирования α;

в-диаграммы напряжения анодной цепи и ток нагрузки при разных значениях угла регулирования независимо от длительности импульса тока управления; г- выпрямленное напряжение, при длительности импульса тока управления меньше π, для разных значений угла регулирования α; е- выпрямленное напряжение при длительности импульса тока управления, равном π, для разных значений угла регулирования α

Изменяя угол сдвига , управляющего импульса относительного напряжения анодной цепи u₂, можно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения.

В этом случае среднее значение выпрямленного напряжения определяется по формуле:

U_di = = (1+ cos ) = (1+ cos) (3.6)

где U_di0 - значение U_d при  = 0 для идеального выпрямителя.

Разложение функции напряжения со средним значением U_{di 0} в ряд Фурье дает гармонические составляющие с номерами  = 1,2,3...

Действующее значение всех гармоник, содержащейся в кривой выпрямленного напряжения, называется напряжением пульсаций U_q , а его отношение к идеальному постоянному напряжению U_{di 0} -коэффициентом пульсаций:

q= U_q / U_{di 0}. (3.7)

Если в кривой постоянного напряжения содержится лишь единственная синусоидальная гармоническая составляющая, то коэффициент пульсаций определяется по формуле:

q’ =(U_{d max}-U_{d min})/(U_{d max}+U_{d min}) (3.8)

где U_{d max} и U_{d min} – соответственно максимальное и минимальное значение постоянного напряжения в течение одного периода. При этом коэффииент пульсаций в 2 раз больше, чем расчитанный по формуле (3.7).

Значение q обычно определяют по амплитуде первой (основной) гармонической составляющей как наибольшей из всех остальных и трудно поддающейся фильтрации. Природа высших гармонических составляющих, их определение и расчет более подробно изложены в гл.4.

Для рассматриваемой схемы q =1.21 . Регулировочная характеристика выпрямителя в режиме работы на активную нагрузку показана на рис. 3.6, а зависимость длительности _ открытого состояния вентиля в режиме прерывистого тока от угла управления  при различных значениях _н (_н =arctg L_н / R_н) определяет угол отставания вектора тока нагрузки от вектора напряжения (см. рис. 3.7).