Краткие теоретические и практические сведения

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОТАКТНЫХ СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ

Лабораторная работа № 20

Цель работы

Изучение принципа действия и процессов в однотактных схемах выпрямления при их работе на активную, активно-емкостную и активно-индуктивную нагрузки; освоение методики экспериментального определения параметров и характеристик схем выпрямления.

Для преобразования переменного тока в пульсирующий при малых и средних мощностях (до 1,0 кВт) используются однофазная (m = 1) и двухфазная (m= 2 ) однотактные (q = 1 ) схемы выпрямления. В этих схемах применяются полупроводниковые выпрямительные диоды и тиристоры
(в управляемых выпрямителях).

Однофазная однотактная схема выпрямления (ООСВ) является одноимпульсной схемой (рис. 20.1), т.е.

.

В зависимости от характера нагрузки соотношения между всеми параметрами ООСВ, как и в любой схеме выпрямления, также различны.

При идеальной активной нагрузке диод открыт в течение половины периода, когда на его аноде будет положительный потенциал. Поэтому напряжение на нагрузке в течение этой половины периода будет равно ЭДС вторичной обмотки трансформатора (рис. 20.1, а).

В течение второй половины периода диод закрыт и напряжение на выходе выпрямителя равно нулю.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения

т.е.

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения

а основная гармоника выходного напряжения имеет частоту

При закрытом диоде на него воздействует обратное напряжение, равное амплитуде ЭДС вторичной обмотки трансформатора, т.е.

среднее значение тока диода равно среднему значению тока в нагрузке:

амплитуда тока через диод

а действующее значение тока диода и вторичной обмотки трансформатора

Габаритные мощности, на которые должны быть рассчитаны вторичная обмотка трансформатора, весь трансформатор и первичная обмотка трансформатора, будут такими:

Габаритные мощности трансформатора и его отдельных обмоток не равны, так как в кривой тока вторичной обмотки содержится постоянная составляющая, которой нет в кривой тока первичной обмотки.

При работе ООCВ на активно-емкостную нагрузку (рис. 20.1, б) кривая выпрямленного напряжения состоит из двух участков: отрезка синусоиды ЭДС вторичной обмотки при открытом диоде и отрезка экспоненты разряда конденсатора на нагрузку при закрытом диоде.

Ток диода, равный току вторичной обмотки трансформатора, имеет форму верхней части синусоидального импульса длительностью 2θ, намного меньше половины периода.

Все параметры ООСВ определяются как функции угла отсечки θ и практически могут иметь следующие значения:

При работе ООСВ на активно-индуктивную нагрузку (рис. 20.1, в) длительность протекания тока через диод λ становится больше половины периода. В течение некоторой части отрицательного периода диод остается открытым и в цепи протекает ток в прежнем направлении, так как ЭДС самоиндукции дросселя больше по абсолютной величине, чем ЭДС вторичной обмотки трансформатора.

Несмотря на включение дросселя, пульсация напряжения на нагрузке уменьшается незначительно. Постоянная составляющая выходного напряжения

откуда видно, что постоянная составляющая выпрямленного напряжения в схеме с индуктивной нагрузкой меньше, чем в схеме с активной нагрузкой. Поэтому ООСВ при работе на нагрузку индуктивного характера практически применяется редко.

Параметры ООСВ при работе на индуктивную нагрузку можно улучшить, применяя "разрядный" диод VD_Р (на схеме рис. 20.1, в показан пунктиром).

Достоинством ООСВ является ее простота. К недостаткам ООСВ относятся:

а) большой коэффициент пульсации при низкой ее частоте;

б) низкий коэффициент использования трансформатора по мощности;

в) большая величина обратного напряжения на диоде;

г) вынужденное намагничивание сердечника трансформатора.

Однофазная однотактная схема выпрямления используется часто в маломощных выпрямителях, когда необходимо получить высокие напряжения при малых токах (т.е. при больших сопротивлениях нагрузки), например, получение высокого напряжения для питания цепей анода электронно-лучевых трубок и др.

Двухфазная однотактная схема выпрямителя (ДОСВ) (рис. 20.2) является двухпульсационной схемой, так как р = mq = 2. В зависимости от полярности мгновенного значения вторичного напряжения в этой схеме будет открыт диод или VD₁, или VD₂. Таким образом, в сопротивлении нагрузки ток будет протекать в течение обоих полупериодов вторичного напряжения.

Среднее значение выпрямленного напряжения при работе на активную нагрузку без учета потерь

откуда

обратное напряжение

Остальные параметры можно определить по формулам:

;

;

При работе ДОСВ на нагрузку емкостного характера выпрямленное напряжение и ток диода изменяются во времени в соответствии с кривыми на рис. 20.2, б. При этом соотношения между параметрами обычно таковы:

При работе ДОСВ на нагрузку индуктивного характера (рис. 20.2, в) ток в нагрузке будет близок к постоянному, если индуктивность дросселя достаточно велика. Соотношения между параметрами следующие:

Достоинством ДОСВ является малое количество диодов и соединение их катодов в общую точку.

Недостатками ДОСВ являются большое обратное напряжение на диоде, низкое использование трансформатора по мощности, сравнительно высокий коэффициент пульсации.

Дата добавления: 2015-04-24