Переменные составляющие характеризуют величину пульсаций тока и напряжения

Для оценки пульсаций при какой-либо схеме выпрямления вводится понятие коэффициента пульсаций q, под которым понимается отношение амплитуды A_m наиболее резко выраженной гармонической составляющей, входящей в кривые выпрямленного тока или напряжения, к постоянной составляющей A_в тока\напряжения в выходной цепи выпрямителя: q=A_m/A_B.

Для схемы однополупериодного выпрямителя: q=0.5I_m/(1/π ∙ I_m)=π/2.

В течение половины периода, когда анод диода имеет отрицательный относительно катода потенциал, диод тока не проводит. Напряжение, воспринимаемое диодом в непроводящий полупериод, называется обратным напряжением U_обр. Обратное напряжение на диоде будет определяться напряжением на вторичной обмотке. Максимальное значение напряжения U_обрm=U_2m. Значит, вентиль надо выбирать так, чтобы [U_{max обр}]>=U_2m.

Недостатки такой схемы выпрямления: большие пульсации выпрямленного тока и напряжения, а также плохое использование трансформатора, поскольку по его вторичной обмотке протекает ток только в течение половины периода. Такую установку используют в маломощных системах, когда выпрямленный ток мал.

16. Двухполупериодный выпрямитель, принцип действия, коэффициент пульсации выпрямленного тока.

Д1     RH   UH     Д2

U1 U2 - +

Схема двухполупериодного однотактного выпрямителя:

i₁

i₂

Рассматриваемое ВУ фактически представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей с общей нагрузкой. При этом напряжение U₂ на каждой половине вторичной обмотки можно рассматривать как два независимых синусоидальных напряжения, сдвинутых относительно друг друга на 180⁰. Поскольку каждый диод проводит ток только в течение той половины периода, когда анод диода становится положительным относительно катода, то при заданном направлении напряжения на вторичной обмотке трансформатора проводить ток будет только диод Д₁. При изменении направления напряжения на вторичной обмотке проводящим становится диод Д₂. Таким образом, диоды Д₁ и Д₂ будут находиться в проводящем состоянии в различные полупериоды вторичного, а, следовательно, и первичного напряжения на обмотках трансформатора.

Кривую выпрямленного тока, протекающего по нагрузке при двухполупериодном выпрямлении также можно разложить в гармонический ряд Фурье:

i=I_m(2/π-4/3π cos2wt-4/15π cos4wt-…)

Также, как и для предыдущей схемы, наряду с переменными составляющими тока, гармонический ряд содержит и постоянную составляющую I₀=2/π I_m. В этом случае постоянная напряжения на нагрузке

U₀=2U_2m/π=2√2 ∙ U₂/π.

Следует отметить, что пульсация тока при двухполупериодной схеме выпрямления значительно уменьшается по сравнению со схемой однополупериодного выпрямления, так как коэффициент пульсаций в данном случае

q=(4/3π I_m)/(2/π I_m)=2/3.

Максимальное значение обратного напряжения в этой схеме: U_обр.m=2U_2m.

По сравнению со схемой однополупериодного выпрямителя в двухполупериодном выпрямителе ток в первичной обмотке не будет содержать постоянной составляющей, так как в этой обмотке ток протекает в течение всего периода намагничивание сердечника будет отсутствовать тепловые потери . Поэтому, если необходимо получить большие выпрямленные токи\напряжения, улучшенные условия фильтрации и более высокий КПД, то лучше использовать двухполупериодную схему.

17,18. Емкостной и индуктивный электрические фильтры в выпрямительной схеме и их влияние на коэффициент пульсации выпрямленного тока.

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения можно значительно снизить (до 0,002-0,02), если на выходе выпрямителя включить сглаживающие фильтры. Простейшими сглаживающими фильтрами являются конденсатор, включаемый параллельно нагрузке, и дроссель, включаемый последовательно с нагрузкой.

Выпрямитель Нагрузка Выпрямитель Нагрузка

При использовании простейшего емкостного фильтра сглаживание пульсаций выпрямленного тока\напряжения происходит за счёт периодической зарядки конденсатора фильтра С_ф (когда напряжение на выходе выпрямителя превышает напряжение на нагрузке) и последующей его разрядки на нагрузку. Конденсатор не пропускает постоянной составляющей тока и обладает тем меньшим сопротивлением для переменных составляющих, чем выше их частота.

Простейший индуктивный сглаживающий фильтр состоит из индуктивной катушки-дросселя, включаемой последовательно с нагрузкой. В результате пульсаций выпрямленного тока в катушке индуктивности возникает ЭДС самоиндукции e_L=±L di/dt, которая в силу закона электромагнитной инерции стремится сгладить пульсации тока\напряжения в цепи нагрузки. Индуктивные фильтры обычно применяются в схемах с большими значениями выпрямленного тока, т.к. в случае увеличивается эффективность сглаживания.

С помощью комбинированных (Г- и П-образных) фильтров, состоящих из индуктивностей и ёмкостей, можно получить значительно меньшие коэффициенты пульсаций напряжений\токов в цепи нагрузки, чем при раздельном использовании фильтров. Такие фильтры обладают свойствами и простейших емкостных, и индуктивных фильтров.

Г-образный фильтр П-образный фильтр