5.3. ОДНОФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ С АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ

Выясним влияние индуктивности нагрузки либо фильтра на примере работы однофазной мостовой схемы выпрям?» ления (рис. 5.4, а).

Рис. 5.4. Схема однофазного мостового выпрямителя и временные диаграммы токое и напряжений выпрямителя

При положительной полуволне ЭДС (интервал ) и указанной на рис. 5.4, а полярности выпрямленный ток будет протекать через диод V1, нагрузку и диод V4. Диоды V2 и V3 находятся под обратным напряжением и тока не проводят (минус прикладывается у них к аноду, а плюс к катоду).

При изменении полярности переменного напряжения (интервал ) открываются диоды V2 и V3, однако ток в нагрузке сохраняет прежнее направление.

Если нагрузка активная , то ток повторяет форму напряжения на нагрузке, а токи первичной и вторичной обмоток (2 имеют синусоидальную форму (штриховые кривые на рис. 5.4, б, а). Если в цепи нагрузки имеется индуктивность , то она препятствует изменению тока и ток в нагрузке не будет успевать следовать за напряжением , так что ток будет сглаживаться (сплошная кривая на рис. 5.4,а). При значительной индуктивности в цепи нагрузки ток в нагрузке из-за малой пульсации можно считать постоянным (идеально сглаженным), при этом передача активной мощности в нагрузку переменными составляющими тока отсутствует. В таком режиме ток диодов , вторичный и первичный h токи трансформатора принимают форму прямоугольных импульсов.

При активно-индуктивной нагрузке длительность проводящего состояние вентилей к, как и при активной нагрузке, остается равной я, поэтому в любой момент времени напряжение на нагрузке повторяет вторичное напряжение (рис. 5.4, а), а его значение определяется выражением (5.1).

Проведем расчет мостовой схемы выпрямления, позволяющий по известным параметрам нагрузки выбрать тип вентилей и определить параметры трансформатора. Пренебрежем потерями в сглаживающем дросселе LH, вентилях и трансформаторе и положим ток нагрузки идеально сглаженным:

Среднее значение выходного напряжения нулевого и мостового выпрямителей определяется при индуктивной нагрузке так же, как и при активной, и равно в соответствии с (5.1)

Отсюда действующее значение ЭДС

Поскольку мы приняли, что дроссель не имеет потерь, среднее значение тока нагрузки

Вентили проводят ток нагрузки в течение половины периода как в нулевой, так и в мостовой схемах, поэтому справедливо (5.4)

Максимальное значение тока вентилей при идеальном сглаживании

В мостовой схеме амплитудное значение обратного напряжения на вентилях равно амплитуде ЭДС , так как закрытый вентиль (через проводящий ток вентиль) подключается параллельно обмотке трансформатора, следовательно

Из сравнения (5.5) и (5.5а) видно, что в мостовой схеме выпрямления обратное напряжение на вентиле при одинаковом вдвое меньше, чем в нулевой.

По значениям выбирают вентили.

При применении трансформатора (в нулевой схеме наличие трансформатора является обязательным, в мостовой возможно бестрансформаторное включение вентильного комплекта к сети) необходимо знать расчетную мощность его обмоток.

В мостовой схеме действующее значение тока во вторичной обмотке находим, учитывая . По определению

Поскольку ток , при подстановке получаем

Расчетная мощность вторичной обмотки в мостовой схеме

где — мощность нагрузки, равная

В мостовой схеме токи и напряжения в первичной и вторичной обмотках имеют одинаковую форму, поэтому расчетная мощность первичной обмотки . Расчетная мощность трансформатора в мостовой схеме при активно-индуктивиой нагрузке

Аналогично можно рассмотреть работу на -нагрузку и нулевой схемы. Основные процессы в этих двух схемах протекают аналогично, различие заключается лишь в том, что в нулевой схеме обратное напряжение на вентиле в 2 раза выше, чем в мостовой (см. § 5.2), а ток вторичной обмотки трансформатора повторяет форму тока вентиля и его действующее значение

Результаты расчета основных параметров нулевой и мостовой схем выпрямления при работе на R- и -нагрузки приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Основные показателя однофазных выпрямителей

Коэффициент трансформации в обеих схемах

Сопоставление обеих схем позволяет сделать следующие выводы об области их применения. При сравнительно низких выходных напряжениях, когда важен КПД схемы (например, при ), а обратное напряжение, прикладываемое к вентилям, несущественно, целесообразно использовать нулевую схему, в которой ток нагрузки протекает через один вентиль и потери оказываются в 2 раза меньше. Во всех остальных случаях предпочтение отдается мостовой схеме, в которой при наличии трансформатора последний проще и имеет меньшую расчетную мощность. Последнее обусловливается тем, что в мостовой схеме ток через вторичную обмотку протекает в течение всего периода, а в нулевой схеме — лишь полпериода.

В некоторых случаях можно подключить мостовую схему без трансформатора, например, если требуется и имеется питающая сеть с напряжением 220 В.