Імені Юрія Кондратюка

Міністерство освіти і науки України

Однополупериодная схема выпрямления однофазного тока

()

 

Схема выпрямителя показана на рис. 1.2, а развертки процессов в ней на рис. 1.3. В дальнейшем, если это не оговаривается особо, будем считать, что элементы схемы идеальны и, соответственно, коммутация тока в схеме происходит мгновенно. Для выбора элементов схемы необходимо иметь расчетные соотношения, позволяющие определить параметры трансформатора и диода. Перечень соответствующих величин был приведен в подразделе 1.3.

Среднее значение выпрямленного напряжения определяется соотношением:

, (2.2)

где - действующее значение эдс вторичной обмотки;

- "безразмерное время" (независимая переменная, в долях периода напряжения питающей сети);

- среднее значение выходного напряжения идеальной схемы выпрямления, равное среднему значению эдс холостого хода реального выпрямителя.

Решив (2.2) относительно получим величину эдс вторичной обмотки трансформатора, требуемую для получения заданного среднего значения выходного напряжения:

. (2.3)

Поскольку мгновенное значение тока во всех элементах схемы одинаково, то амплитуда анодного тока равна:

. (2.4)

Соответственно, среднее значение тока диода равно среднему значению тока нагрузки :

. (2.5)

Из (2.5) следует, что амплитуда анодного тока диода в этой схеме, приблизительно, в 3 раза больше его среднего значения. Это отношение () называется кратностью анодного тока и в большинстве схем приблизительно равно трем.

Амплитуда обратного напряжения на диоде, необходимая для выбора диода, определяется амплитудой эдс вторичной обмотки трансформатора:

. (2.6)

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора можно вычислить по (1.12) или (1.15) и с учетом (2.5) будем иметь:

. (2.7)

При расчете действующего значение тока первичной обмотки трансформатора необходимо учесть, что постоянная составляющая тока вторичной обмотки, равная среднему значению тока нагрузки , в первичную обмотку не трансформируется.

Соответствующие кривые токов первичной и вторичной обмоток трансформатора показаны на рис. 2.1(а) и 2.1(б). Таким образом, нагрузочная составляющая тока первичной обмотки (т.е. приведенный к первичной обмотке ток нагрузки трансформатора) не содержит постоянной составляющей и определяется соотношением:

, (2.8)

где , - числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора, соответственно.

- коэффициент трансформации трансформатора.

Соответственно, действующее значение тока первичной обмотки трансформатора можно найти по определению:

(2.9)

Используя (2.3) и (2.7), можно определить расчетную мощность вторичной обмотки трансформатора:

. (2.10)

Соответственно, через (2.3) с учетом (1.2) и (2.9), можно определить мощность первичной обмотки трансформатора:

. (2.11)

Следовательно, типовая мощность трансформатора может быть найдена с использованием (2.10) и (2.11):

. (2.12)

Уравнение (2.12) показывает, что типовая мощность трансформатора значительно превышает мощность, отдаваемую в нагрузку. Увеличение расчетной мощности обмоток трансформатор объясняется искажением формы тока в обмотках, а коэффициент в (2.12) показывает, какую мощность можно было бы передать через трансформатор при синусоидальной форме токов в обмотках.

Плохое использование активных материалов трансформатора, а также плохая форма выпрямленного напряжения, являются существенными недостатками простейшей схемы выпрямления. Кроме того, на практике, наличие постоянной составляющей тока во вторичной обмотке приводит к несимметричному перемагничиванию сердечника, вызывающего уменьшение магнитной проницаемости магнитопровода и соответствующее увеличение тока намагничивания трансформатора. Это заставляет еще больше увеличивать расчетную мощность трансформатора. Перечисленные недостатки приводят к тому, что данная схема используется лишь в маломощных, вспомогательных источниках питания, в которых простота схемы, содержащей лишь один диод, оказывается решающим фактором.

 

2.3 Двухполупериодная схема выпрямления однофазного тока с выводом нулевой точки трансформатора ()

 

Двухполупериодная схема выпрямления однофазного тока с выводом нулевой точки трансформатора представлена на рис. 2.2.

Использование отрицательной полуволны входного напряжения для создания тока в нагрузке достигается за счет разделения вторичной обмотки трансформатора на две полуобмотки и, соответственно, вывода средней точки, которая называется нулевой точкой. Таким образом, по отношению к нулевой точке на вторичной стороне трансформатора существуют две фазы, эдс в которых сдвинуты на 180 эл. градусов. Поскольку в каждый момент времени ток нагрузки создается за счет эдс только одной из полуобмоток, то коэффициент трансформации определяется отношением числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной полуобмотки , т.е. к числу витков одной фазы вторичной обмотки трансформатора. Развертки электромагнитных процессов показаны на рисунке 2.3.

Полтавський національний технічний університет