Двухтактная однофазная схема

Двухтактная однофазная схема выпрямления изображена на рисунке 3.3. (форма напряжения соответствует рис.3.2). Эту схему также называют однофазной мостовой, поскольку четыре диода: VD1, VD2, VD3, VD4 – образуют мост, к одной диагонали которого подключена вторичная обмотка трансформатора, а к другой – нагрузка выпрямителя. Общая точка катодов диодов VD3, VD4 служит положительным полюсом нагрузки, а общая точка анодов диодов VD1, VD2 – отрицательным полюсом. Диоды в

– 23 –

Рисунок 3.3 - Двухтактная однофазная схема выпрямления

схеме работают поочередно попарно: при положительной полуволне напряжения U₂, которая соответствует прямому напряжению диода VD3 , ток протекает через VD3, VD2, а при отрицательной полуволне U₂, соответствующей прямому напряжению диода VD4, ток протекает через VD4 и VD1. Импульсы прямого тока диодов VD1…VD4, протекающие по вторичной обмотке трансформатора, имеют встречное направление, поэтому их постоянные составляющие взаимно компенсируются и сердечник трансформатора не имеет постоянного подмагничивания.

Период пульсаций выпрямленного напряжения T_П = T/2. Средние значения выпрямленного напряжения и тока равны: U₀ = 2U_2m/ , I₀ = U₀/R_н . Максимальное значение обратного напряжения, прикладываемого к закрытым диодам, равно амплитудному значению напряжения U₂ : U_ОБР = U_2m = 1,57 U₀ . Коэффициент пульсации по первой гармонике согласно (3.4) K_П1 = 0,667. Действующее значение тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора: I₂ = 1,11 I₀ . Мощность вторичной обмотки трансформатора: P₂ = 1,23 P_0.

Данная схема применяется в выпрямительных устройствах малой и средней мощности. Единственным недостатком схемы является большое число диодов, что увеличивает потери в схеме. Достоинством схемы является возможность работы без применения входного трансформатора.

Существует и другие схемы выпрямления, но наиболее широко известны трёхфазная однотактная и трёхфазный мост.

Трехфазная однотактная схема выпрямления

Трехфазная однотактная схема выпрямления приведена на рисунке 3.4. Эту схему называют также трехфазной нулевой и трехфазной со средней

Рисунок 3.4 – Трехфазная схема с нулевым выводом

– 24 –

точкой. Она состоит из трехфазного трансформатора T и трех вентилей (диодов) VD1, VD2 и VD3. Нагрузка включается между точкой соединения вентилей и средней точкой трансформатора. На рисунке 3.5 представлены эпюры токов и напряжений в различных точках схемы.

Рисунок 3.5 - Временные зависимости

Схема работает следующим образом. На интервале времени [t₁;t₂] фаза “a” имеет наибольший потенциал по сравнению с другими фазами относительно нулевой точки трансформатора, поэтому диод VD1 находится в открытом состоянии и через него протекает ток. На нагрузке напряжение изменяется по закону напряжения фазы “a”. В момент t₂ происходит перекоммутация тока с VD1 на VD2, т.к. потенциал фазы “b” становится более высоким по отношению к нулевой точке. К нагрузке прикладывается также фазное напряжение. На интервале времени [t₂; t₃] к диоду VD1 прикладывается обратное линейное напряжение фаз “b” и “a” и он находится в закрытом состоянии. В момент t₃ прикладывается линейное напряжения U_ca, так как ток переходит с вентиля VD2 на VD3. Достоинствами однотактной схемы являются:

• малое количество вентилей

• малое выходное сопротивление и высокий КПД при низких выходных напряжениях

– 25 –

• более высокие токи нагрузки по сравнению с двухтактной схемой (малые потери, так как в цепи тока находится только один вентиль в любой момент времени)

• с точки зрения монтажа – существует возможность размещения вентилей на одном радиаторе, а также заземлять общую точку нагрузки и вторичных обмоток трансформатора.

К недостатком этой схемы можно отнести:

• высокий уровень обратного напряжения (среднее напряжение – фазное, обратное – линейное), что не позволяет использовать данную схему при повышенных уровнях напряжения

• ток во вторичной цепи трансформатора протекает в течение одной третьей части периода и имеет одностороннее направление, что увеличивает габаритные размеры трансформатора. Для исключения подмагничивания сердечника необходимо делать запас по намагниченности (уменьшать значение B_m), что приводит к дополнительному увеличению габаритов трансформатора. Иногда в сердечник трансформатора вводят немагнитный зазор

• более низкие качественные показатели (K_п , K₀) по сравнению с двухполупериодной схемой выпрямления

• с точки зрения монтажа схемы – исключена возможность соединения вторичной цепи треугольником.

Основные соотношения для трёхфазной однотактной схемы:

Период пульсаций выпрямленного напряжения в 3 раза меньше периода сети

Постоянная составляющая напряжения на нагрузке:

Коэффициент выпрямления по напряжению:

.

Действующее значение тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора: I₂ = 0,58 I₀. Коэффициент использования трансформатора:

где m₂ – число вторичных фазных обмоток;

U₂, I₂ – напряжение и ток фазы вторичной обмотки трансформатора.

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения по первой гармонике:

– 26 –

Обратное напряжение на диоде определяется линейным напряжением на вторичной стороне трансформатора: