9. Схемы электронных преобразователей

9.1. Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители

Выпрямителями называются статические преобразователи переменного тока в постоянный ток. Схемы выпрямителей зависят от циклов выпрямления “m” (количества пульсаций за период Т). При однополупериодном выпрямлении m=1.

На рис.9.1 изображена схема однополупериодного выпрямителя, построенного на одном диоде, а на рис.9.2 показаны временные зависимости мгновенного напряжения на входе выпрямителя, а также мгновенных значений напряжения и тока на выходе выпрямителя. Из временных зависимостей видно, что в течение первого полупериода диод VD пропускает только прямое (положительное) мгновенное напряжение, задерживая величину обратного (отрицательного) значения напряжения на входе выпрямителя. При этом по цепи проходит пульсирующий ток .

Вольтметром электромагнитного типа измеряют действующее значение переменного напряжения .

Рис.9.1. Схема однополупериодного выпрямителя

Рис.9.2. Временные зависимости мгновенных напряжений и тока

Действующее значение переменного напряжения равно среднеквадратному значению переменного напряжения за перод Т, которое определяется из выражения:

, (9.1)

так как .

Таким образом, действующее значение синусоидального напряжения связано с амплитудным значением напряжения выражением . При этом амплитуды прямого и обратного значений мгновенного синусоидального напряжения равны, то есть .

Для измерения выпрямленных значений напряжения и тока применяются приборы магнитоэлектрического системы, которые показывают средние значения напряжения и тока .

Средними значениями однополупериодного выпрямителя считают его средние значения напряжения и тока за половину периода. Так, среднее значение

напряжения определяют по выражению:

(9.2)

Аналогично определяют среднее значение тока:

. (9.3)

Выпрямители характеризуются постоянными составляющими напряжения и тока (средними значениями и ), переменными составляющими, коэффициентом пульсаций и частотой пульсаций.

Кроме постоянных составляющих и , однополупериодные выпрямители имеют переменные составляющие тока и напряжения , равные

амплитудам первых гармоник переменного напряжения (тока) на нагрузке, представленных в виде импульсного напряжения (тока), разложенных в ряд Фурье.

Переменные составляющие напряжения и тока при этом определяется выражениями:

; . (9.4)

Коэффициент пульсаций выпрямителя определяется отношением переменных составляющих напряжения (тока) к их постоянным составляющим. При однополупериодном выпрямлении

, (9.5)

что является недостатком схемы.

Частота пульсаций выпрямителя определяется выражением:

. (9.6)

Для однополупериодного выпрямителя частота пульсаций равна 50 герц.

Двухполупериодные выпрямители подразделяются на выпрямители с нулевым выводом трансформатора (рис.9.3) и на мостовые выпрямители (рис.9.4). На рис.9.5 показаны временные зависимости мгновенных напряжений (для схемы рис.9.3) и мгновенного напряжения (для схемы рис.9.4) на входе выпрямителей, а также мгновенных значений напряжения и тока на выходе обоих выпрямителей.

Рис.9.3. Двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом трансформатора

Рис.9.4. Двухполупериодный мостовой выпрямитель

Рис.9.5. Временные зависимости мгновенных напряжений и тока двухполупериодных выпрямителей

Схемы представленных выпрямителей работают только при положительных потенциалах напряжений в точках а и б. Если в течение первого полупериода в точках а, будут положительные потенциалы, то в точках б – отрицательные. В этом случае токи нагрузок от точек с положительными потенциалами будут проходить в направлениях к точкам с отрицательными потенциалами через диоды VD1 (рис.9.3) и VD1,VD3 (рис.9.4). Во второй полупериод в точках а будут отрицательные потенциалы, а в точках б – положительные. Тогда токи нагрузок пойдут через диоды VD2 (рис.9.3) и VD2,VD4 (рис.9.4). Следовательно, в первый и во второй полупериоды переменного тока через нагрузочные сопротивления схем проходят пульсирующие токи в одном положительном направлении.

При двухполупериодном выпрямлении цикл выпрямления m=2. Электромагнитные вольтметры, подключенные к вторичным обмоткам трансформаторов, покажут действующие значения напряжений .

Для измерений выпрямленных значений напряжений и токов применяют приборы магнитоэлектрческой системы, которые показывают средние значения пульсирующих напряжений и токов:

(9.7)

Недостатком схемы выпрямителя с нулевым выводом трансформатора является величина обратного напряжения, действующего на диод: тогда как для схемы мостового выпрямителя величина обратного напряжения, действующего на каждый диод, равна амплитудному значению напряжения вторичной обмотки:

Для определения коффициента пульсации при двухполупериодном выпрямлении пользуются формулой: тогда переменная составляющая определяется как

Частота пульсаций =100 герц.