Лабораторные работы №7,№8

ИССЛЕДОВАНИЕ НУЛЕВЫХ И

МОСТОВЫХ СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ

Цель работы: знакомство с принципом действия нулевых и мостовых схем выпрямления, анализ их работы, определение энергетических характеристик и параметров.

1.ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.Нулевые схемы выпрямления

1.1.1. Однополупериодная схема выпрямления. Выпрямителем называют устройство, преобразующее энергию переменного тока в энергию постоянного тока. В схему однополупериодного выпрямителя (рис. 1) входит трансформатор Тр и диод VD1, включенный последовательно с нагрузкой .

Работа схемы иллюстрируется временными диаграммами, приведенными на рис. 1, б-г, при чисто активной нагрузке. Падение напряжения на открытом диоде принимается равным нулю. На рис.1, б показано синусоидальное напряжение , снимаемое со вторичной обмотки трансформатора Тр. Полярности напряжения на интервале времени указаны на рис.1, а, без скобок, а на интервале в скобках. На интервале времени диод VD1 открыт и подключает напряжение к нагрузке, на интервале полярность напряжения изменяется на противоположную, диод закрывается и отключает нагрузку от вторичной обмотки трансформатора. В результате на нагрузке действует однополярное пульсирующее напряжение , изображённое на рис.1, в. Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе определяется выражением , где действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Среднее значение тока диода равно среднему значению тока нагрузки . Диод должен быть выбран на прямой допустимый ток . Необходимое для выбора диода максимальное обратное напряжение равно амплитуде вторичного напряжения : . Обратное допустимое напряжение диода .

1.1.2. Двухфазная нулевая схема выпрямления.

В схему выпрямления (рис. 2, а) входит трансформатор Тр с выводом средней точки вторичной обмотки и диоды VD1, VD2. В первую половину периода (интервал времени , на рис.2, б) на вторичных обмотках трансформатора действуют напряжения и с полярностью относительно нулевой точки, показанной на рис.2, а, без скобок.

При указанной полярности напряжений на анодах диодов, диод VD1 на интервале открыт, а диод VD2 закрыт, и напряжение прикладывается к нагрузке , создавая на ней напряжение .

Во вторую половину периода (интервал ) полярность напряжений на вторичных обмотках становится обратной (рис.2,а,б). В проводящем состоянии находится диод VD2, а диод VD1 закрыт. К нагрузке R_H прикладывается напряжение , создающее напряжение той же полярности, что и на предшествующем интервале. В результате на нагрузке действует однополярное пульсирующее напряжение , изображённое на рис.2, в.

Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе определяется выражением , где действующее значение напряжения половины вторичной обмотки трансформатора.

Поскольку каждый диод проводит ток нагрузки только в течение половины периода, то средний ток диодов , связан со средним значением тока нагрузки соотношением . Диоды должны быть выбраны на прямой допустимый ток .

На рис.2, г построена кривая напряжения на диоде VD1. На интервале времени диод VD1 открыт, падение напряжение на нём равно нулю. На интервале времени открывается диод VD2 и подключает к закрытому диоду VD1 напряжение с полярностью указанной в скобках, в связи с чем, необходимое для выбора диода максимальное обратное напряжение равно двойной амплитуде напряжения половины всей вторичной обмотки: Обратное допустимое напряжение диода .

1.1.3. Трехфазная нулевая схема выпрямления. В трехфазной нулевой схеме выпрямления диоды VD1,VD2,VD3 включаются последовательно с каждой фазой вторичной обмотки трехфазного трансформатора Тр (рис. 3, а), а нагрузка - между нейтральной точкой вторичных обмоток и общей точкой катодных выводов диодов.

Работа схемы иллюстрируется графиками, приведенными на рис. 3, б, в, г,. На рис.3,б показана трехфазная система вторичных фазных напряжений трансформатора .

На интервале времени открывается диод VD1 и подключает напряжение к нагрузке, на интервале открывается диод VD2 и подключает к нагрузке напряжение , на интервале открывается диод VD3 и к нагрузке прикладывается напряжение . В результате на нагрузке действует однополярное пульсирующее (выпрямленное) напряжение , представляющее собой участки фазных напряжений (рис. 3, в). Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе определяется выражением , где действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Поскольку каждый диод проводит ток нагрузки только в течении трети периода, то средний ток диодов связан со средним значение тока нагрузки соотношением Диоды должны быть выбраны на прямой допустимый ток

На рис. 3, г построена кривая напряжения на диоде VD1. На интервале времени диод VD1 открыт, падение напряжения на нем равно нулю. На интервале времени открывается диод VD 2 и подключает к катоду закрытого диода VD1 линейный вывод обмотки фазы . Таким образом на этом интервале к диоду VD1 прикладывается линейное напряжение На интервале времени открытый диод VD3 подключает к катоду закрытого диода VD1 линейный вывод обмотки фазы , прикладывая к диоду VD1 линейное напряжение Напряжение , по существу, состоит из участков кривых линейных напряжений в связи с чем, необходимое для выбора диода максимальное обратное напряжение равно амплитуде линейного вторичного напряжения: Обратное допустимое напряжение диода

1.2. Мостовые схемы выпрямления

1.2.1. Однофазная мостовая схема выпрямления. Однофазная мостовая схема выпрямления состоит из четырех диодов, включенных, как показано на рис. 4, а.

Выходное напряжение при чисто активной нагрузке имеет вид однополярных полуволн напряжения (рис. 4, в). Это получается в результате поочерёдного отпирания диодов VD2, VD3 и VD4, VD1.

Диоды VD2, VD3 открыты на интервале при полуволне напряжения положительной полярности (показана на рис.4,а без скобок). Открытые диоды VD2, VD3 обеспечивают связь вторичной обмотки трансформатора с нагрузкой, создавая на ней напряжение той же величины и полярности, что и напряжение (рис. 4, в).

На интервале полярность напряжения обратная. Под ее воздействием открыты диоды VD4, VD1, подключающие напряжение к нагрузке с той же полярностью, что и на предыдущем интервале. В результате на нагрузке действует однополярное пульсирующее напряжение _, изображенное на рис. 4, в.

Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе определяется выражением где действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора. Поскольку каждый диод проводит ток нагрузки только в течение половины периода, то средний ток диодов , связан со средним значением тока нагрузки соотношением . Диоды должны быть выбраны на прямой допустимый ток .

На рис.4, г построена кривая напряжения на диоде VD2. На интервале времени диод VD2 открыт, падение напряжение на нём равно нулю. На интервале времени открытый диод VD4 подключает к закрытому диоду VD2 напряжение с полярностью указанной в скобках, в связи с чем, необходимое для выбора диода максимальное обратное напряжение равно амплитуде напряжения вторичной обмотки: Диоды должны быть выбраны на обратное допустимое напряжение диода .

1.2.2. Трехфазная мостовая схема выпрямления. Схема содержит мост из шести диодов VD1-VD6 (рис. 5, а). Диоды VD1, VD3, VD5 соединены анодами (анодная группа), а диоды VD2, VD4, VD6 соединены катодами (катодная группа).

В данной схеме в любой момент времени открыты и проводят ток два диода: один из анодной, другой из катодной групп. В катодной группе открыт диод с наиболее высоким потенциалом анода, а в анодной открыт диод с наиболее отрицательным потенциалом катода.

Так например, на интервале времени самый высокий потенциал имеет точка « », а наиболее отрицательный точка « » (рис. 5, а, б), поэтому на этом интервале в катодной группе открыт диод VD2, а в анодной – VD3 (рис. 5, а), и через эти диоды к нагрузке прикладывается линейное напряжение На интервале в катодной группе продолжает проводить ток диод VD2, а в анодной группе открывается диод VD5, подключая к нагрузке линейное напряжение На интервале в катодной группе открывается диод VD4, а в анодной группе продолжает проводить ток диод VD5, к нагрузке прикладывается линейное напряжение .

Таким образом каждый диод проводит ток нагрузки в течении трети периода, а переключение диодов осуществляется через . В результате на нагрузке действует однополярное пульсирующее напряжение , представляющее собой участки линейных напряжений (рис.5, в).

Среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе определяется выражением , где действующее значение фазного напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Напряжение на нагрузке по сравнению с трехфазной схемой с нулевым выводом получается вдвое больше. Это объясняется тем, что трехфазная мостовая схема выпрямления представляет собой как бы две трехфазные схемы с нулевым выводом, выходы которых включены последовательно.

Поскольку каждый диод проводит ток нагрузки только в течении трети периода, то средний ток диодов связан со средним значение тока нагрузки соотношением Диоды должны быть выбраны на прямой допустимый ток

На рис. 5, г построена кривая напряжения на диоде VD2. На интервале времени диод VD2 открыт, падение напряжения на нем равно нулю. На интервале времени открывается диод VD4 и подключает к катоду закрытого диода VD2 линейный вывод обмотки фазы b, прикладывая тем самым к диоду VD2 линейное напряжение , которое на этом интервале времени является обратным для диода VD2. На интервале времени открытый диод VD6 подключает к катоду закрытого диода VD2 линейный вывод обмотки фазы c, прикладывая к диоду VD2 линейное напряжение , являющееся на этом интервале обратным для диода VD2. Напряжение , по существу, состоит из участков кривых линейных напряжений в связи с чем, необходимое для выбора диода максимальное обратное напряжение равно амплитуде линейного вторичного напряжения: Обратное допустимое напряжение диода