2.5. Расчет выпрямителя

В соответствии с блок-схемой любого источника питания (рис. 1.1) выпрямитель должен обеспечивать основные режимы нагрузки, которыми являются: среднее значение выпрямленного напряжения U₀ и тока I₀ , а также допустимый коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения К_п.. При выборе и расчете вентилей выпрямителя основными параметрами будут: среднее I₀ и амплитудное I_2m значения тока, а также обратное напряжение на вентиль U_обр. Далее рассмотрены методики расчета и особенности некоторых наиболее распространенных типов выпрямителей. Следует иметь в виду, что требуемые режимы нагрузки могут быть обеспечены только в том случае, если соответствующие параметры обеспечивает питающий трансформатор. Для расчетов трансформатора расчетными параметрами являются: действующие значения напряжений U₁ , U₂ и токов I₁ , I₂, мощность трансформатора Р_тип. Указанные параметры определяются по результатам расчета выпрямителя.

2.5.1. Однополупериодный выпрямитель

2.5.1.1. Расчет выпрямителя

Схема однополупериодного выпрямителя показана на рис.1.5,а. На рис. 1.5, б показаны мгновенные i_н, u_н, амплитудные I_2m, U_2m и средние I₀, U₀ значения напряжения и тока в нагрузке.

Величина средних значений выпрямленного напряжения и тока определяется через коэффициенты ряда Фурье:

,

где .

а б

Рис. 1.5: а – однополупериодный выпрямитель; б – временные диаграммы работы однополупериодного выпрямителя

После интегрирования получим:

, (7)

. (8)

Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

. (9)

Действующее значение тока во вторичной обмотке

. (10)

Действующее значение тока первичной обмотки

, (11)

где – коэффициент трансформации.

Обратное напряжение на вентиль

. (12)

Для однополупериодной схемы выпрямления без фильтра коэффициент пульсаций , т.е. достаточно велик. Для снижения коэффициента пульсаций применяются фильтры различных типов, простейшим из которых является емкостной фильтр.

2.5.1.2. Расчет трансформатора

Типовая мощность трансформатора определяется полусуммой расчетных мощностей обмоток

, (13)

где и – расчетные мощности первичной и вторичной обмоток соответственно.

Выразим P_тип для двухобмоточного трансформатора через значения выпрямленного напряжения U₀ и тока I₀:

,

где – мощность постоянного тока в нагрузке.

С учетом подмагничивания трансформатора расчетную мощность первичной обмотки увеличиваем до величины

. (14)

Расчетная мощность вторичной обмотки

. (15)

Подставляя в выражение для Р_тип значения P₁ и P₂, получим

. (16)

Основным преимуществом однополупериодной схемы является простота, но при этом имеются следующие существенные недостатки:

1) большие масса и габариты трансформатора;

2) большая величина обратного напряжения на вентиль (в π раз больше выпрямленного напряжения);

3) большая величина импульса тока через вентиль (в π раз больше тока );

4) большая величина коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения и низкая частота пульсаций, что вызывает необходимость применения крупногабаритных фильтров.