Однополупериодный выпрямитель

Теоретическое введение

Выпрямителем называют устройство преобразующее напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока. Выпрямители делятся на однофазные и многофазные(чаще трехфазные) по числу фаз питающей сети переменного тока. По форме выпрямленного напряжения – однополупериодные и двухполупериодные. По схемотехническому решению – на схемы с нулевой точкой и мостовые. Типовая структурная схема однофазного неуправляемого выпрямителя приведена на рис. 1.1, где: Тр –трансформатор, ДГ – диодная группа, СФ – сглаживающий фильтр, СТ – стабилизатор, R_Н – сопротивление нагрузки.

Рисунок 1.1 – Схема однофазного неуправляемого выпрямителя

Трансформатор осуществляет изменение напряжения сети U₁ до требуемого значения U₂. Кроме того, трансформатор обеспечивает гальваническую развязку нагрузки от сети. Диодная группа преобразует переменное напряжение U₂ в пульсирующее постоянное напряжение U_В. В выпрямленном напряжении помимо постоянной составляющей присутствует переменная составляющая, которая с помощью сглаживающего фильтра снижается до требуемого уровня, так что напряжение U_Ф имеет очень малые пульсации. Установленный на выходе выпрямителя стабилизатор поддерживает неизменным напряжение U_Н на сопротивлении нагрузки при изменении значения выпрямленного напряжения или изменении сопротивления нагрузки.

Однополупериодный выпрямитель

Схема однополупериодного выпрямителя приведена на рисунке 1.2, а. Выпрямитель состоит из трансформатора Тр, ко вторичной обмотке которого последовательно подключены диод VD и сопротивление нагрузки R_Н.

Работу выпрямителя удобно анализировать с помощью временных диаграмм, показанных на рис. 1.2, б. В первый полупериод, то есть в интервале времени 0 – Т/2, диод открыт, так как потенциал точки а выше потенциала точки b и под действием напряжения в цепи вторичной обмотки трансформатора возникает ток i_Н. В интервале времени Т/2 – Т, диод закрыт, ток в нагрузочном сопротивлении отсутствует, а к запертому диоду прикладывается обратное напряжение U₂.

В однополупериодном выпрямителе среднее значение выпрямленного напряжения:

.

Среднее значение выпрямленного тока равно среднему прямому току диода:

.

Ток i_Н является током вторичной обмотки трансформатора i_Н = i₂. Тогда с учетом предыдущих зависимостей действующее значение этого тока:

.

При подсчете мощности трансформатора практически без большой погрешности можно считать .Тогда:

.

Коэффициент пульсаций равен отношению амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения к среднему значению выпрямленного напряжения. Для нахождения этого коэффициента разложим в ряд Фурье выходное напряжение выпрямителя:

.

Следовательно коэффициент пульсаций:

.

Коэффициент полезного действия выпрямителя:

,

где Р_ТР – потери в трансформаторе, Р_Д – потери в диодах.

Недостатками однополупериодного выпрямителя являются большой коэффициент пульсаций, малые значения выпрямленного тока и напряжения. Кроме того ток i₂ имеет постоянную составляющую, которая вызывает подмагничивание сердечника трансформатора, что приводит к росту тока холостого хода трансформатора и снижению КПД всего выпрямителя.