2. Робота однофазного випрямляча з виведеною нульовою точкою вторинної обмотки трансформатора на активно – індуктивне навантаження

Процеси в схемі розглянемо за допомогою часових діаграм струмів та

напруг (рис. 1.3). Режим провідного стану діодів визначається напругами u_2-1 та u_2-2 вторинної обмотки трансформатора. Діод VD1 є у провідному стані на проміжку 0-π , 2π-3π… під час додатної півхвилі напруги u_2-1 , а діод VD2– на проміжку π-2π, 3π-4π… під час додатної півхвилі напруги u_2-2 . Відповідно крива напруги u_d між катодами вентилів і нульовою точкою трансформатора (рис. 1.3, а) має такий же вигляд, що і за чисто активного навантаження.

Відмінність роботи схеми полягає в тому, що завдяки впливу індуктивності струм навантаження i_d (рис. 1.3, б) згладжений і має менші пульсації. Він не спадає до нуля під час нульових значень напруги u_d. Оскільки змінний струм в колі з індуктивністю відстає за фазою від напруги, максимуми струму i_d наступають із запізненням в часі відносно максимумів напруги u_d.

Форма кривих струму i_d та напруги u_dн на резисторі R_d одинакова . Якщо активний опір дроселя L_d прийняти рівним нулю, то середнє значення напруги навантаження U_dн буде дорівнювати середньому значенню напруги U_d на виході випрямляча та визначатися за формулою (1.2).

Зміна кривої струму i_d призводить до зміни форми кривих струмів

і_2-1=і_а1 , і_2-2=і_а2 та і₁. Оскільки черговість провідного стану діодів відбувається під час зміни полярності напруг u_2-1 та u_2-2 в моменти часу 0, π, 2π, 3π, 4π… , струм вентиля і_а1 (рис. 1.3, б) буде визначатися струмом i_d на проміжках 0 - π, 2π - 3π… провідності діода VD1, а струм і_а2 струмом i_d на проміжках π-2π , 3π - 4 π … провідності діода VD2. Форма кривих струмів наближається до прямокутної. Середнє значення струму вентиля I_а= I_d/2.

Відповідно до зміни анодних струмів і_а1 та і_а2 (струмів частин вторинної обмотки трансформатора рис. 1.3, в) змінюється струм первинної обмотки і₁ (рис. 1.3, г). Його крива наближається до двополярної кривої прямокутної форми з амплітудою I_d/n.

Відмінності від прямокутної форми будуть менш помітні із збільшенням індутивності L_d. На рис. 1.4 наведені часові діаграми струмів та напруг досліджуваного випрямляча для граничного випадку L_d → ∞. Струми частин вторинної обмотки і_2-1=і_а1 , і_2-2=і_а2 (рис. 1.4, в) та первинний струм і₁ (рис. 1.4, г) трансформатора набувають прямокутної форми. Їхні діючі значення визначаються з виразів

Рис. 1.3. Часові діаграми срумів і напруг схеми однофазного випрямляча з виводом нульової точки за умови активно-індуктивного навантаження

(1.9)

(1.10)

За активно-індуктивного навантаження значення потужностей для вибору трансформатора обчислюють за такими співвідношеннями:

S₁= U₁I₁=1,11 P_d , (1.11)

S₂=2 U₂I₂=1,57 P_d , (1.12)

S_т=( S₁+ S₂)/2=1,34 P_d. (1.13)

У режимі активно-індуктивного навантаження для забезпечення потужності P_d в колі постійного струму потрібна менша потужність трансформатора порівняно з режимом чисто активного навантаження.

Крива зворотної напруги діода для режиму активно – індуктивного навантаження (рис. 1.3, д, рис.1.4, д), як і для чисто – активного навантаження (рис. 1.2, д), визначається сумарною напругою двох частин вторинної обмотки трансформатора, в зв’язку з чим тут також U _{а1 макс} = U_в= .

Рис. 1.4. Часові діаграми срумів і напруг схеми однофазного випрямляча з виводом нульової точки для активно – індуктивного навантаження за умови L_d → ∞

3. Схема та принцип роботи однофазного мостового випрямляча

Схема випрямляча складається з силового трансформатора і моста із чотирьох діодів VD1 –VD4 (рис. 1.5). Принцип роботи мостового випрямляча розглянемо за умови його роботи на чисто активне навантаження.

Діоди VD1 і VD2 відкриті під час додатньої півхвилі напруги u₂ (на рис. 1.5 полярність u₂ показана без дужок) і ця півхвиля напруги u₂ формує в цей же час напругу навантаження u_d.

Під час від’ємної півхвилі напруги u ₂ (на рис. 1.5 полярність u₂ показана в дужках) відкриті діоди VD3 і VD4, через які напруга u₂ прикладається до навантаження з тією ж полярністю, що і в попередньому випадку.

Випрямлена напруга u_d за умови роботи випрямляча на чисто активне навантаження має вигляд однополярних півхвиль напруги u₂ (див. рис. 1.6, а). В силу ідентичності кривих u_d для розглянутих випрямлячів ( мостового та з виводом нульової точки вторинної обмотки трансформатора) отримане співвідношення (1.2) справедливе і для мостової схеми випрямлення.

Оскільки струм I_d=U_d/R_d розподіляється порівну між парами діодів

(рис. 1.6, б), то струм І_а кожного діода в досліджуваній схемі також рівний I_d/2.

Зворотна напруга прикладена одночасно до двох закритих діодів на проміжку провідності інших і створюється напругою вторинної обмотки трансформатора u₂ (рис. 1.6, д). Максимальна зворотна напруга визначається амплітудним значенням напруги u₂

U_{a макс}= (1.14)

тобто у два рази менша, ніж в схемі з виводом нульової точки вторинної обмотки трансформатора.

У мостовій схемі випрямлення струм і₂ (рис. 1.6, в) синусоїдний, а не пульсуючий, як у схемі з виводом нульової точки вторинної обмотки трансформатора.

Діюче значення струм І₂ знаходять за формулою I₂=U₂/R_d , а з урахуванням (1.2)

(1.15)

Струм І₁ зв’язаний зі струмом І₂ співвідношенням

(1.16)

Отже, у однофазній мостовій схемі випрямлення параметри первинної обмотки І₁, U₁ зв’язані з параметрами вторинної обмотки І₂, U₂ коефіцієнтом трансформації n. У відповідності з цим розрахункові потужності обмоток будуть однаковими

S₁= S₂= S_т=1,23 Р_d. (1.17)

Рис. 1.5. Схема однофазного мостового випрямляча

Із викладеного випливає, що однофазна мостова схема має низку переваг над однофазною з виводом нульової точки вторинної обмотки трансформатора, а саме: для забезпечення заданої потужності у навантаженні потужність трансформатора схеми становить S_т=1,23 Р_d проти S_т=1,48 Р_d ;

конструкція трансформатора простіша –вторинна обмотка не має виведеної нульової точки; зворотна напруга, на яку слід вибирати діоди схеми, вдвічі менша. Вказані переваги компенсують недолік схеми, який полягає в необхідності мати більшу кількість діодів.

Режим роботи мостової схеми з активно-індуктивним навантаженням не відрізняється від аналогічного режиму навантаження однофазної схеми з виводом нульової точки. В цьому випадку струми є змінними, їх форма близька до прямокутної. За умови L_d → ∞ розрахунок діючих значень цих струмів слід вести за такими формулами

(1.18)

(1.19)

Розрахункові потужності трансформатора та його обмоток у режимі з активно-індуктивним навантаженням будуть меншими, ніж в режимі чисто-активного навантаження і дорівнюють

S₁=S₂=S_T=1,11P_d. (1.20)

Рис. 1.6. Часові діаграми струмів та напруг однофазного мостового випрямляча