Раздел 2. Неуправляемые силовые полупроводниковые выпрямители

1. Однофазный однополупериодный выпрямитель

Схема однофазного однополупериодного выпрямителя и его временные диаграммы представлены на рис. 1.

Рис. 1. Однофазная однополупериодная схема выпрямления (а)

и диаграммы напряжений и токов в схеме (б)

Во время положительной полуволны напряжения на выходной обмотке трансформатора диод VD открывается и по цепи из последовательно соединенных обмотки трансформатора, диода, и нагрузки протекает ток i_О=i_VD=i₂ (рис. 1,б). Во вторую половину периода точка а имеет отрицательный потенциал, следовательно, диод закрывается и ток в цепи отсутствует.

Таким образом, ток через диод и нагрузку протекает только в течение одного полупериода, поэтому схема называется однополупериодной.

Если рассматривать идеализированную схему выпрямления без потерь в трансформаторе и диоде, то в первом полупериоде все напряжение вторичной обмотки трансформатора и₂ оказывается приложенным к нагрузке R_н, и поэтому график выпрямленного напряжения u₁ повторяет положительную полуволну графика напряжения и₂ (рис. 1,б).

Мгновенное значение тока в первичной обмотке трансформатора определяется выражением

i₁=(i₂ - I₀)n₂₁,

где n₂₁= U₂/U₁, а I₀ —постоянная составляющая выпрямленного тока.

Ток первичной обмотки определяется переменным напряжением сети u₁ и не может содержать постоянной составляющей. Поэтому значение постоянной составляющей I₀ вычитается из мгновенного значения i₂ тока вторичной обмотки. Таким образом, разность (i₂—I₀), измененная в п₂₁ раз, будет представлять собой график тока первичной обмотки i₁ (n₂₁ на рис.1,б для упрощения принят равным единице).

Во время второго полупериода напряжения и₂ диод закрыт, а следовательно, все напряжение вторичной обмотки трансформатора и₂ оказывается приложенным к последовательно соединенным нагрузке R_Н и диоду VD. Поскольку обратное сопротивление диода намного больше сопротивления нагрузки R_H, то с достаточной для практики точностью сопротивлением нагрузки в данном случае можно пренебречь; т. е. можно считать, что во время второго полупериода к зажимам диода в обратном направлении приложено напряжение u_обр, график которого повторяет отрицательную полусинусоиду напряжения вторичной обмотки трансформатора и₂ (рис. 1,б).

В рассматриваемой схеме постоянная составляющая выпрямленного тока I₀, протекая по вторичной обмотке трансформатора, создает вынужденное подмагничивание его магнитопровода. Необходимо отметить, что вынужденное намагничивание магнитопровода трансформатора ухудшает работу трансформатора, поскольку в этом случае он работает в условиях насыщения, которые, как известно, приводят к росту намагничивающего (реактивного) тока i₁. Следовательно, возрастает реактивная мощность, потребляемая трансформатором из сети, и уменьшается его коэффициент мощности. Устранить явление вынужденного подмагничивания возможно в схемах выпрямления, в которых отсутствует постоянная составляющая тока вторичных обмоток трансформатора.

Основным преимуществом однополупериодной схемы является простота.

К недостаткам схемы относятся:

1) большой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения K_П01;

2) большие масса и объем трансформатора (вследствие плохого использования обмоток и вынужденного подмагничивания магнитопровода трансформатора).

Вследствие указанных недостатков однофазная однополупериодная схема при работе применяется только в выпрямителях очень малой мощности.