Работа выпрямителя на активную нагрузку

Краткие теоретические сведения и пояснения к работе.

Для питания электронных устройств, требуется постоянное напряжение различных значений. Наиболее распространенным источником электрической энергии является промышленная сеть переменного напряжения частотой 50 гц. Для преобразования переменного напряжения в постоянное, применяют выпрямительное устройство. Существует однополупериодное и двухполупериодное выпрямление тока однофазного напряжения.

В реальных условиях выпрямители работают не только на чисто активную нагрузку. В большинстве установок применяются выпрямители с фильтрами, содержащими индуктивности и емкости, являющимися частью нагрузки. Таким образом, выпрямители могут работать на нагрузку, состоящую из активного сопротивления и индуктивности. В настоящей работе исследуется работа мостового двухполупериодного выпрямителя с перечисленными видами нагрузок.

Схема однополупериодного выпрямителя, работающего на активную нагрузку, приведена на рис. 1. В этом выпрямителе полупроводниковый диод включен последовательно с нагрузочным резистором и вторичной обмоткой трансформатора. Первичная обмотка трансформатора питается от сети. Из временных диаграмм (рис. 2) видно, что ток в нагрузке имеет импульсный характер. В течение первого полупериода напряжения U₂, когда потенциал точки а положителен по отношению к потенциалу точки б, диод открыт и через нагрузку протекает ток.

Рис. 1.

Во второй полупериод, полярность напряжений на вторичной обмотке трансформатора изменяется на противоположную и потенциал точки становится отрицательным по отношению к потенциалу точки б. При такой полярности диод включен в обратном направлении и ток в нагрузке будет равен нулю.

Рис. 2.

Широкое применение нашли двухполупериодные выпрямители, в которых, в отличие от однополупериодных выпрямителей, используются оба полупериода напряжения сети U. Из них наибольшее распространение получил мостовой двухполупериодный выпрямитель (рис. 3), состоящий из трансформаторной четырех полупроводниковых диодах VD₁ – VD₄ (включенных по мостовой схеме) и нагрузочного резистора.

Рис. 3.

В один из полупериодов напряжения сети, когда точка, а имеет положительный по отношению к точке б потенциал, диоды VD₁ – VD₃ открыты, а диоды VD₂ – VD₄ закрыты. Ток в этот полупериод имеет направление: зажим а вторичной обмотки трансформатора, диод VD₁, нагрузочный резистор Rн, диод VD₃ и зажим б. В следующий полупериод, когда потенциал точки становится отрицательным по отношению к точке б, открыты диоды VD₂ и VD₄, а диоды VD₁ и VD₃ закрыты. Протекающий в схеме ток имеет следующее направление: точка б, VD₄, нагрузочный резистор Rн, диод VD₂ и точка а вторичной обмотки трансформатора. Таким образом, в течение всего периода ток в нагрузочном резисторе Rн имеет одно и то же направление.

На рис.4 представлены временные диаграммы токов и напряжений мостового двухполупериодного выпрямителя. Мостовой выпрямитель по сравнению с однополупериодным имеет ряд преимуществ:

1. При одном и том же напряжении вторичной обмотки трансформатора и сопротивления нагрузки R_Н средний выпрямленный ток I_НСР и напряжение U_НСР в мостовом выпрямителе в два раза больше, чем в однополупериодном.

2. Габариты и масса трансформатора, используемого в мостовом выпрямителе меньше, чем у однополупериодного, вследствие отсутствия подмагничивания сердечника трансформатора постоянным магнитным потоком, как это имеет место в однополупериодном выпрямителе. Недостатки мостовой схемы выпрямителя является необходимость применения четырех диодов.

Дата добавления: 2015-05-06