Мостовая однофазная схема выпрямления

Рис. 2.5 Мостовая однофазная схема включения.

2.3 Основные характеристики схем выпрямления:

В работе исследуются неуправляемые выпрямительные устройства, выполненные на диодах

Для удобства анализа изменены допущения, что диоды – идеальны, т.е.:

R_пр = 0; R_обр = ∞

а) Коэффициент пульсации. Важнейшей характеристикой (параметром) оценки качества выпрямительной установки (схемы) является коэффициент пульсации.

Коэффициентом пульсаций называется отношение амплитуды k-й гармоники выпрямленного напряжения , (несинусоидальное напряжение может быть представлено в виде гармонического ряда , где коэффициенты ряда Фурье , – постоянная составляющая и амплитуда k-й гармоники выпрямленного напряжения) к среднему значению:

(1)

Обычно коэффициент пульсаций определяется по первой гармонике , так как она имеет наибольшую амплитуду и наименьшую частоту, а ее фильтрация связана с большими техническими трудностями:

(2)

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения определяется схемой выпрямления тока (напряжения)

1.В однополупериодной схеме такой гармоникой является первая (основная) с амплитудой

выражение для импульсов напряжения на нагрузке на основании разложения в ряд Фурье:

(3)

Первый член этого ряда — постоянная составляющая, равная , второй — - первая гармоника, имеющая частоту напряжения сети, остальные члены — переменные составляющие более высоких частот с быстро уменьшающейся амплитудой.

Величина пульсаций выпрямленного напряжения характеризуется коэффициентом пульсаций:

(4)

Для однополупериодной схемы амплитуда первой гармоники соответственно равна

Учитывая выражение , запишем коэффициент пульсаций:

(5)

2. В двухполупериодных схемах низшей гармони­кой является вторая и выражение для импульсов напряжения на нагрузке на основании разложения в ряд Фурьеможно записать::

(6)
где k = 2, 4, 6, 8...

Токи вентилей складываются, поэтому постоянные составляющие тока и напряжения равны среднему значению полусинусоидальных импульсов и значение выпрямленного тока равно

(7)
постоянное напряжение Uo на нагрузке Rn равно

(7а)
И соответственно выражениедля низшей гармони­ки можно записать:

, (8)

Для двухполупериодной схемы коэффициент пульсаций

(9)

На практике двухполупериодную схему часто используют. Ее недостатками являются: наличие отвода от середины вторичной обмотки трансформатора и неполное использование вторичной обмотки по напряжению. Эти недостатки устранены в мостовой схеме.

3.Мостовая однофазная схема выпрямления приведена на рисунке и частота пульсаций выпрямленного напряжения в мостовой схеме такая же, как и в схеме с нейтральной точкой, поэтому и коэффициент пульсаций такой же

(10)

Мостовая схема является двухполупериодной и выпрямление ха­рактеризуется заметно меньшими пульсациями тока, а потому более широко используется в выпрямительных устройствах.

Практически определяется путем измерения (с помощью осциллографа) и (магнитоэлектрическим вольтметром, показания которого равны среднему значению постоянной составляющей измеряемого напряжения) и в этом случае , а

(11) б) Внешняя характеристика выпрямителя. Вторым важнейшим показателем выпрямительной установки, определяющим ее эксплуата­ционные возможности, является внешняя характеристика выпрямителя

, (12)

т.е. зависимость выходного напряжения от тока наг­рузки.. Поскольку выпрямители используют в качестве вторичных ис­точников (преобразовательной) постоянного тока, то практический интерес имеет внешняя характеристика по постоянному току, т.е.

(13)

где и - соответственно средние значения выходного напряжения выпрямителя и тока нагрузки, изме­ряемые электроизмерительными приборами постоянного тока (например, магнитоэлектрической системы).

На рис.1 приведена внешняя характеристика выпрямителя по
постоянному току.

Рис. 2.6. Внешняя характеристика выпрямителя (по постоянному току)

Выходное сопротивление выпрямителя можно определить из внешней характеристики выпрямителя , т. е. :

, (14)

где – изменение напряжения на нагрузке, обусловленное изменением тока .

Сглаживающие фильтры.

Рассмотренные выше схемы выпрямления позволяют получить выпрямленное, но пульсирующее напряжение.

Для устранения пульсаций (сглаживания) применяют так называемые сглаживающие фильтры.

Сглаживающий фильтр состоит из реактивных элементов:

конденсаторов и катушек индуктивности (дросселей). Сущность работы сглаживающего фильтра — разделение выпрямленного пульсирующего тока а на постоянную/ 0 и переменную i~ составляющие (рис. ).

Рис. 2.7 Схема включенияRC-фильтра.Рис. 2.8 Графики работы RC-фильтра

Постоянная составляющая (полезная) направляется в нагрузку, а переменная (точнее, переменные составляющие), являясь нежелательной, замыкается через конденсатор, минуя нагрузку.

Физическая же сущность работы в фильтре конденсатора и дросселя состоит в том, что конденсатор (обычно большой емкости), подключенный параллельно нагрузке, заряжается при нарастании импульсов выпрямленного напряжения и разряжается при их убывании, сглаживая тем самым колебания этого напряжения. Дроссель, наоборот, при нарастании импульсов выпрямленного тока в результате действия ЭДС самоиндукции задерживает рост тока, а при убывании — задерживает их убывания, сглаживая пульсации тока в цепи нагрузки.

Практические схемы сглаживающих фильтров. Фильтры, состоящие из индуктивности L и емкости С, получили название LC-фильтров. Наиболее распространенным сглаживающим фильтром в выпрямителях электронных приборов является П-образный LC- фильтр (рис. , а). При небольших токах нагрузки успешно работает Г-образный фильтр (рис. , б). В наиболее ответственных случаях сглаживающий фильтр составляют из нескольких ячеек П- или Г-образных LC- и RC-фильтров.

П-образный фильтр

Г-образный фильтр

RC-фильтр

Рис.2.9 – Схемы фильтров: а,б - П-образных CLC и CRC; в, г – Г-образных RC и LC ; д– емкостного