Учебник Теория электрических цепей Примеры выполнения заданий и лабораторных

Здесь к одной диагонали моста, образованного вентилями В1-В4, подведено переменное напряжение, а к другой подключен нагрузочный резистор Rн. Когда  потенциал точки 1 положителен относительно точки 2, вентили В1 и В2 открыты и в нагрузке возникает ток iн (на схеме показан ¾®). Вентили В3 и В4 в это время закрыты. Когда потенциал точки 1 отрицателен относительно точки 2 (на схеме полярность взята в скобки), вентили В3 и В4 открываются и в резисторе Rн протекает ток того же напряжения, что и в первом полупериоде рис.5 (на схеме показан - ®). Вентили В1 и В2 в это время закрыты.

Рис. 6

Т.к. сопротивление проводящих вентилей проводящих вентилей в прямом направлении Rпр=0, то в положительный полупериод напряжения u2, падения напряжения на них uпр = iвRпр =0 и из второго закона Кирхгофа для контура, образованного вторичной обмоткой трансформатора, проводящими вентилями (например В1 и В2) и нагрузочным резистором Rн, следует, что uн=u2. Такое же напряжение будет действовать на нагрузке и во второй полупериод, когда откроются вентили В3 и В4. Очевидно, что среднее значение выпрямленного напряжения в случае двухполупериодного выпрямления будет в два раза выше по сравнению с однополупериодным, т.е.

. (10)

Аналогичное выражение можно записать и для среднего значения выпрямленного тока:

.

(11)

Переходя от амплитудного значения напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора к действующему, будем иметь:

.

(12)

Т.к. падение напряжения на проводящих вентилях равно нулю, то, как следует из второго закона Кирхгофа для контура образованного вторичной обмоткой трансформатора, проводящим вентилем (например В1) и непроводящим вентилем (например В4), непроводящий вентиль оказывается под напряжением u2, которое приложено в обратном направлении, а его максимальное значение Um обр.=U2m.

Действующее значение тока, проходящего через каждый вентиль моста, можно определить совместным решением уравнений (6) и (11), т.к. каждое плечо моста можно рассматривать как однополупериодный выпрямитель:

.

(13)

При подборе вентилей для работы в мостовых схемах также, как и в однополупериодных, максимальное допустимое обратное напряжение Um.обр.доп должно быть больше расчетного значения обратного напряжения, т.е. выполняться условие Um.обр.допUm.обр.=U2m, а с учетом соотношения (10):

.

(14)

Максимальное значение выпрямленного тока должно быть больше расчетного значения, т.е.

.

(15)

Из рис.6 видно, что напряжение на нагрузочном резисторе Rн достигает максимума два раза за период. Следовательно, частота пульсации напряжения на нагрузке в мостовой схеме равна удвоенной частоте сети.

Наличие значительных пульсаций выпрямленного напряжения у однофазных выпрямителей ухудшает работу потребителей. Например, при питании двигателей постоянного тока пульсирующим напряжением увеличиваются потери в двигателях. При питании радиоаппаратуры пульсация напряжения ухудшает ее работу, создавая на выходе усилителей фон.

Рис. 7

Для уменьшения пульсации напряжения у потребителя на выходе выпрямителя устанавливается специальное устройство, называемое сглаживающим фильтром, основное назначение которого уменьшить переменную составляющую выпрямленного напряжения. Простейшим фильтром является конденсатор большой емкости, включаемый параллельно приемнику выпрямленного напряжения. При таком включении конденсатор заряжается до амплитудного значения напряжения u2 в моменты времени, когда напряжение u2 превышает напряжение на конденсаторе (интервал времени t1-t2 на рис. 7). В течение интервала времени t2-t3 напряжение uc-u2 вентиль закрыт, а конденсатор разряжается через нагрузочный резистор Rн. С момента времени t3 процесс повторяется. При включении емкостного фильтра напряжение uн не уменьшается до нуля, а пульсирует в некоторых пределах, увеличивая среднее значение выпрямленного напряжения.

Рис. 8

Большее уменьшение пульсации напряжения обеспечивают Г-образные фильтры, представляющие собой простейшие смешанные LC фильтры (рис.8). Уменьшение пульсации LC фильтром объясняется шунтирующим действием конденсатора Сф для переменной составляющей выпрямленного напряжения и значительным падением этой составляющей напряжения на катушке Lф, которая называется дросселем. В результате доля переменной составляющей в выпрямленном напряжении резко снижается. Наряду с ослаблением переменной составляющей выпрямленного напряжения LC фильтр незначительно уменьшает и постоянную составляющую. Это происходит за счет падения напряжения на активном сопротивлении катушки. Если один Г-образный фильтр не обеспечивает необходимого уменьшения пульсации, последовательно включают несколько фильтров, например, Г-образный и емкостной фильтры, в совокупности дающие так называемый П-образный фильтр. На рис. 8 второй конденсатор П-образного фильтра указан пунктиром.

В реальных выпрямителях с ростом тока нагрузки выходное напряжение выпрямителя Uср уменьшается вследствие падений напряжения в активном сопротивлении обмоток трансформатора  и последовательных элементах сглаживающего фильтра , а также падения напряжения на вентилях . Нагрузочный ток и напряжение нагрузки Uн связаны между собой следующим выражением:

,

(16)

где Uхх - напряжение холостого хода выпрямителя. Зависимость Uн= f(I) называется внешней характеристикой выпрямителя и определяет границы изменений тока, при которых выпрямленное напряжение не уменьшается ниже допустимой величины


На главную