6.2. Выпрямители

Схема однополупериодного выпрямителя (рис. 6.3) состоит из идеального диода и сопротивления нагрузки. При подаче на схему переменного напряжения через сопротивление нагрузки ток протекает только в одном направлении в течение одной половины периода питающего напряжения. Соответственно при этом создается напряжение на выходе выпрямителя.

Чаще применяются выпрямители, у которых ток через нагрузку протекает в одном направлении обе половины периода (рис. 6.4а, 6.5).

В схеме (рис. 6.4а) ток в течение одной половины периода проходит через верхнюю часть вторичной обмотки трансформатора и первый диод ( ), а в течение другого полупериода – через нижнюю часть обмотки и второй диод . Таким образом, токи, проходящие через оба вентиля в разные половины периода, совпадают по направлению в сопротивлении нагрузки R_н. Поэтому такой выпрямитель называется двухполупериодным.

Для двухполупериодного выпрямления широко применяются мостовые схемы (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Мостовой выпрямитель

К выводам a – b моста, составленного из четырех диодов, подведено синусоидальное напряжение. В течение первой половины периода напряжение u положительно по отношению к зажимам a – b, и ток протекает через диод 1, сопротивление нагрузки и диод 3. В течение второй половины периода напряжение u положительно по отношению к зажимам b – a, и ток протекает через диод 2, сопротивление нагрузки и диод 4. При этом направление тока в сопротивлении нагрузки одинаково в течение всего периода (временная диаграмма напряжения и тока в нагрузке аналогична, показанной на рис.6.4). Поэтому эта схема также относится к схемам с двухполупериодным выпрямлением.

6.3. Нелинейная индуктивность. Связь тока с магнитным потоком

В катушках со стальными магнитопроводами при синусоидальных напряжениях на выводах токи обычно оказываются несинусоидальными, и, наоборот, при синусоидальных токах в напряжениях появляются высшие гармоники.

Рассмотрим форму кривой тока при синусоидальном напряжении на выводах катушки.

Допустим, что сопротивление обмотки катушки ничтожно мало и им, так же как и потоком рассеяния, можно пренебречь. В этом случае между потоком в магнитопроводе и напряжением на выводах катушки существует зависимость:

, (6.1)

где W – число витков обмотки,

.

Таким образом, при синусоидальном напряжении магнитный поток также синусоидален и отстает по фазе от напряжения на угол .

Найдем зависимость между током и напряжением в дросселе при однозначной зависимости B = f(H).

Рассмотрим магнитопровод, выполненный из магнитомягкой стали с малыми потерями, для которой петлей гистерезиса можно пренебречь.

Имея зависимость I() и зная зависимость (t), можно легко найти зависимость i(t). Пример построения этой зависимости показан на рис. 6.6.

Кривая тока имеет заостренную форму. Чем больше амплитуда магнитного потока, тем сильнее сказывается насыщение стали, острее кривая тока и резче в ней проявляются, в первую очередь, третья, а затем и пятая гармоника.

Основная гармоника тока совпадает по фазе с магнитным потоком и отстает от напряжения на четверть периода. Активная мощность, потребляемая от источника синусоидального напряжения равна нулю.

При расчете потерь в стали необходимо учитывать неоднозначность зависимости тока от магнитного потока.

Графическое построение выполняется по точкам аналогично предыдущему случаю (рис. 6.7).

Максимумы тока и магнитного потока совпадают, но ток проходит через ноль несколько раньше, чем магнитный поток достигает нуля, что обусловлено явлением гистерезиса.