Схемы выпрямления переменного тока Однофазная однотактная схема выпрямления

Простейшая схема выпрямителя переменного тока состоит из согласующего трансформатора ТV, одного вентиля, который включается последовательно с нагрузочным резистором R_н (рис.40, а). Принцип действия выпрямителей удобно иллюстрировать с помощью временной диаграмм напряжений и токов (рис.40, б и в). Диаграммы построены для случая чисто активной нагрузки и идеальных трансформатора и диода. Это означает, что индуктивными сопротивлениями рассеяния и активными сопротивлениями обмоток трансформатора, а также сопротивлением вентиля в прямом направлении можно пренебречь, так как они несоизмеримо малы по сравнению с сопротивлением нагрузки. Сопротивление вентиля в обратном направлении принимается бесконечно большим.

При синусоидальном напряжении первичной обмотки во вторичной обмотке трансформатора имеет место так же синусоидальное напряжение U₂ (рис.40, б). Ток через диод и нагрузку I_н проходит лишь в положительный полупериод, когда напряжение приложено к вентилю в прямом направлении. В отрицательный полупериод синусоидального напряжения ток через вентиль и нагрузку равен нулю, так как к нему приложено напряжение вторичной обмотки трансформатора в обратном направлении. Кривая выпрямленного напряжения и тока на нагрузке состоит из положительных полуволн синусоиды (рис.40, в).

Рис.40. Однополупериодное выпрямление однофазного тока:

а) принципиальная электрическая схема выпрямителя; б) временная диаграмма напряжения вторичной обмотки трансформатора; в) временная диаграмма выпрямленного напряжения и тока

Основные соотношения электрических величин в схеме выпрямления

Среднее значение выпрямленного напряжения за период:

U₀ = U₂ =2,22 U_0.

Интегрирование производится в пределах от 0 до π (в течение второго полупериода от π до 2π диод заперт, напряжение на нагрузке равно 0. Во второй полупериод к диоду приложено обратное напряжение U_обр.=U_2m = πU₀. Амплитуда тока диода I_am= U_2m/R_н =πU₀/R_н.

Действующее значение токов через диод I_a и вторичную обмотку питающего трансформатора I₂ - одно и то же, определяется по формуле для действующих значений переменных величин:

I₂ = I_a = .

Действующее значение вторичного тока I₂ состоит из переменной составляющей I _2п и постоянной составляющей I_0, т.е.:

I₂ = .

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения К_п = можно найти, произведя разложение кривой напряжения u_н и определив амплитуду основной гармоники U_m1 переменной составляющей выпрямленного напряжения, т.е.:

U_m1 = .

Максимальное значение тока вентиля:

I_max= .

Достоинством однотактной схемы является ее простота. К недостаткам схемы следует отнести:

1) большое обратное напряжение на диод и большую амплитуду тока диода;

2) вынужденное намагничивание трансформатора за счет добавочного постоянного магнитного потока, вызванного постоянной составляющей тока вторичной обмотки, что приводит к насыщению магнитопровода и потреблению большего намагничивающего тока трансформатором;

З) вынужденное намагничивание, которое приводит к увеличению габаритов и массы транс форматора;

4) низкий коэффициент использования трансформатора;

5) большую величину и низкую частоту пульсаций выпрямленного напряжения.