Однофазный однополупериодный выпрямитель

Принципиальная схема однофазного однополупериодного выпрямителя и временные диаграммы его работы при активной нагрузке показаны на рис. 3.3.

Коэффициент трансформации трансформатора обеспечивает получение напряжения питания вентиля U₂ требуемой величины:

.

В трансформаторе малой мощности, особенно низковольтном, индуктивное сопротивление X_тр значительно меньше активного r_тр. Поэтому в расчетах потоками рассеяния пренебрегают, и эквивалентная схема трансформатора с приведенными обмотками сводится к приведенной на рис. 3.2. Здесь L_тр — эквивалентная индуктивность, приведенная к вторичной обмотке:

,

а r_тр — эквивалентное активное сопротивление:

Значения L_тр и r_тр можно определить опытным путем из опыта холостого хода и короткого замыкания.

В схеме однополупериодного выпрямителя ток через вентиль протекает только в течение одной полуволны переменного напряжения, когда анод оказывается относительно катода под положительным потенциалом. Выпрямленный ток I_д это есть ток в нагрузке I_н. В данной схеме ток через вентиль I_а, равен выпрямленному току I_d.

Ток в первичной обмотке I₁ совпадает по фазе с входным напряжением, что говорит о том, что выпрямитель представляет для сети активную нагружу.

В полупериод, когда ток через вентиль не течет, к нему прикладывается обратное напряжение U_в.

Основные соотношения величин в этой схеме следующие.

1. Среднее значение выпрямленною напряжения для пульсирующей формы кривой;

Здесь w — частота входной сети; U₂ — действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора; U_2m — амплитудное значение этого напряжения.

2. Отсюда действующее значение необходимого переменного входного напряжения при заданном выпрямленном напряжении:

Отношение действующего значения U₂ к среднему значению выпрямленного напряжения U_d называется коэффициентом фазной Э.Д.С.. В данной схеме он равен 2,22.

Если учитывать КПД анодной цепи , то

3. Среднее значение выпрямленного тока (и тока через вентиль).

4. Действующее значение тока во вторичной обмотке и тока через вентиль значительно превышает выпрямленный ток I_d:

5. Амплитудное значение вторичного тока и тока через вентиль:

.

Отношение действующего значения фазного тока I₂ к его среднему значению I_d называют коэффициентом формы тока. В данной схеме он равен 1,57.

6. Ток в первичной обмотке трансформатора подобен току во вторичной обмотке, но не содержит постоянной составляющей

Действующее значение тока в первичной обмотке

7. Обратное напряжение на вентиле достигает амплитуды напряжения на вторичной обмотке

Следовательно, вентиль должен выдерживать обратное напряжение более чем в 3 раза превышающее напряжение на нагрузке.

По значениям I_а, I_acp и U_в.макс выбирают вентиль.

8. Разложив выходное напряжение в ряд Фурье, получим

Отношение амплитуды первой гармоники частоты w к выпрямленному напряжению дает значение коэффициента пульсаций схемы

Такое значение коэффициента пульсаций очень велико, и для многих случаев его необходимо уменьшать, используя сглаживающие фильтры. Частота пульсаций и данной схеме выпрямления равна частоте питающего напряжения: .

В выходном напряжении (и токе) содержится постоянная составляющая, вызывающая подмагничивание сердечника трансформатора, из-за чего уменьшается магнитная проницаемость магнитопровода и уменьшается индуктивность трансформатора. Это приводит к росту тока холостого хода и падению КПД трансформатора.

9. Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора без учета h_а

где — полезная мощность в нагрузке

Расчетная мощность первичной обмотки

Расчетная (типовая) мощность трансформатора

10. Коэффициент использования трансформатора по мощности

В том случае, когда необходимо выпрямить большие токи, прибегают к параллельному соединению вентилей, принимая меры к выравниванию токов между ними. В тех случаях, когда надо обеспечить устойчивость к большим обратным напряжениям, прибегают к последовательному соединению вентилей, принимая меры к выравниванию обратных напряжении между ними.

Достоинством однополупериодной схемы выпрямления является исключительная простота. К недостаткам можно отнести большие пульсации, наличие постоянного подмагничивания трансформатора и большая амплитуда обратного напряжения на вентиле.