Однотактные выпрямители

Однофазный однотактный однополупериодный выпрямитель. Простейший однофазный однотактный выпрямитель (рис. 2, а) состоит из силового трансформатора Тр и вен­тиля В. Рассмотрим в этом параграфе работу выпрямитель­ных схем без сглаживающих фильтров. Процесс выпрям­ления переменного тока показан графически на рис. 2, б в предположении, что вентиль является идеальным.

Рис. 2. Однофазный однотактный однополупериодный выпрямитель и графическое пояснение его работы

Замена реального вентиля идеальным не вызывает больших погреш­ностей при технических расчетах выпрямителей, но сильно упрощает изучение процессов, происходящих в выпрями­теле. Максимальное значение тока, проходящего через вентиль,

(2)

Полусинусоидальный ток, показанный на рис. 2. б, можно разложить в гармонический ряд

Первое слагаемое этого ряда

(4)

не зависит от частоты и называется постоянной составляю­щей выпрямленного тока.

Второе слагаемое

(5)

называется переменной составляющей выпрямленного тока и имеет частоту питающей сети . Следующие члены ряда называются высшими гармониками выпрямленного тока. Амплитуды высших гармоник значительно меньше ампли­туды I_max поэтому при расчете однополупериодного вы­прямителя ими обычно пренебрегают.

Коэффициентом пульсаций выпрямленного тока назы­вают отношение амплитуды наиболее ярко выраженной гармоники выпрямленного тока или напряжения к постоян­ной составляющей выпрямленного тока или напряжения Для однополупериодного выпрямителя

(6)

Постоянная составляющая выпрямленного напря­жения

U₀ = I₀R_H. (7)

Для однополупериодного выпрямителя, пользуясь соот­ношениями (2) и (7), найдем:

(8)

т. е. постоянная составляющая выпрямленного напряже­ния составляет 0,45 от действующего значения напряже­ния вторичной обмотки трансформатора.

Соотношение (8) дает возможность найти вторичное напряжение трансформатора по заданному значению U₀ .

Пример 1. Однополупериодный выпрямитель должен иметь по­стоянную составляющую выпрямленного напряжения U_o = 2500В. Пренебрегая внутренним сопротивлением вентиля, определить необходимое напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Решение. Для определения U₂ воспользуемся формулой (8)

Обратным напряжением выпрямителя называют мак­симальное значение отрицательного напряжения, появляю­щегося на аноде вентиля во время отрицательных полупе­риодов вторичного напряжения силового трансформатора. Для однополупериодного выпрямителя с фильтром обрат­ное напряжение максимально в режиме холостого хода, т. е. при токе нагрузки, равном нулю,

U_обр =6,28U₀ (9)

Двухполупериодный однотактный выпрямитель. Двухполупериодный выпрямитель (рис. 3, а) представляет со­бой два однополупериодных выпрямителя, работающих на

Рис. 3. Двухполупериодный однотактный выпрямитель и графи­ческое пояснение его работы

общую нагрузку. Напряжения, питающие вентили B₁ и В₂, должны быть одинаковы по величине и сдвинуты между собой по фазе на 180°. Для этого вторичную обмотку транс­форматора выполняют с выведенной средней точкой, а вто­ричные напряжения получают между средней точкой обмотки и ее концами. Графически процесс выпрям­ления показан на рис. 3, б. Во время первых полуперио­дов ток i_a1 проходит через вентиль В₁, а во время вторых полупериодов ток i_а2 проходит через вентиль В₂. Через сопротивление нагрузки R_нтоки i_a1 и i_a2 проходят в одном направлении. При двухполупериодном выпрямлении по­стоянная составляющая выпрямленного тока в два раза больше, чем в однополупериодном выпрямителе

(10)

Следовательно, выпрямленное напряжение на выходе двухполупериодного выпрямителя

U_o = 0,9U₂. (11)

Величина обратного напряжения в двухполупериод­ном выпрямителе

U_обр = 3,14U₀. (12)

Коэффициент пульсаций q₁= 0,667.

При вычислении коэффициента пульсаций двухполупе­риодный выпрямитель рассматривают как двухфазный вы­прямитель, напряжения обеих фаз которого сдвинуты между собой на 180°. Коэффициент пульсаций связан с числом фаз т выпрямителя простым соотношением:

(13)

Этой формулой нельзя пользоваться для вычисления коэф­фициента пульсаций однополупериодного выпрямителя, так как при т = 1 знаменатель дроби в формуле (13) обра­щается в нуль. Частота пульсаций в многофазном выпря­мителе в т раз больше частоты сети. Двухполупериодные выпрямители применяются для питания приемно-усилительных ламп в электронных усилителях и генераторах малой мощности, а также для питания ламп в радиоприем­никах и телевизорах.

Трехфазный однотактный выпрямитель. Принципиаль­ная схема выпрямителя трехфазного переменного тока пока­зана на рис. 4, а. Как видно из рис. 4, б, пульсация тока в этом выпрямителе значительно меньше, чем в однофазном двухполупериодном, поэтому такой выпрямитель может ра­ботать даже без фильтра. В этой схеме могут применяться как полупроводниковые, так и электронные и ионные вен­тили.

Ток через любой вентиль и связанную с ним фазу вто­ричной обмотки трансформатора проходит в течение одной трети периода, т. е. тогда, когда напряжение соответствующей фазы выше, чем напряжение в двух других фазах. Ток через два других вентиля в эту треть периода проходить не может, так как потенциалы анодов этих вентилей будут

Рис. 4. Трехфазный однотактный выпрямитель и графиче­ское пояснение его работы

ниже потенциалов их катодов. Переход тока от одного вен­тиля к другому происходит в точках пересечения положи­тельных полупериодов напряжения (рис. 4, б). Выпрямленное напряжение

(14)

т. е.

U₀=1,17U₂.

Среднее значение тока, протекающего через вентиль,

(15)

Обратное напряжение

U_o6p = 2,09U_2. (16)

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора

(17)

Коэффициент пульсаций

(18)

Трехфазные однотактные выпрямители применяются для питания анодов мощных радиоламп и питания маломощных двигателей постоянного тока.