Расчет двухполупериодного мостового выпрямителя.

Эта схема не требует использования трансформатора, поэтому габариты этого выпрямителя намного меньше, чем выпрямителя со средней точкой.

На рис.1-13 изображена схема мостового выпрямителя.

В схеме также как и раньше используются идеальные вентили.

На входе схемы синусоидальное напряжение . Это будет самый верхний график. Ниже будут располагаться графики (рис.1-14).

Положительной полуволне питающего напряжения, т.е. при , соответствует полярность “плюс” и “минус” на входе схемы.

При положительной полуволне питающего напряжения “плюс” подается на анод B1 и катод В4, а “минус” подается на катод В2 и на анод В3. В результате вентили В1 и В2 открываются, а вентили В3 и В4 закрываются. Путь тока в этом случае показан на рис.1-13 штриховой линией: источник-вентиль В1-сопротивление нагрузки -вентиль В2-источник. В цепи только сопротивление нагрузки , поэтому:

(1-42)

Второй закон Кирхгофа выглядит так:

(1-43)

но напряжение на открытых вентилях равно нулю, так Rпр1=Rпр2=0.

(1-44)

Поэтому всё приложенное напряжение прикладывается к сопротивлению нагрузки Rн, что и видно из графика.

На закрытых вентилях В3 и В4 через открытые вентили В1 и В2 прикладывается всего лишь однократное напряжение питания, что видно из схемы рис.1-13 и из графика на рис.1-14.

При воздействии отрицательной полуволны питающего напряжения, т.е. при , полярность напряжения “плюс” и “минус” соответствует обозначениям в скобках. Теперь “плюс” подаётся на анод вентиля В3 и катод вентиля В2, а “минус” подается на катод В4 и анод В1. В результате вентили В3 и В4 открываются, а вентили В1 и В2 закрываются. Путь тока оказывается следующим: источник - вентиль В3 – сопротивление нагрузки - вентиль В4 – источник.

В цепи только сопротивление нагрузки , поэтому:

(1-45)

Заметим, что при работе и этой пары вентилей ток через нагрузку течет в том же направлении, что и при работе первой пары вентилей, т.е. произошло “выпрямление” тока.

Все формулы, приведённые для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой справедливы и для мостового выпрямителя:

(1-46)

(1-47)

(1-48)

(1-49)

(1-50)

(1-51)

(1-52)

Единственное отличие мостового двухполупериодного выпрямителя от двухполупериодного выпрямителя со средней точкой в том, что на закрытые вентили подаётся однократное напряжение питания в обратном направлении.

У обоих рассмотренных выпрямителей есть свои достоинства и недостатки.

Так достоинством двухполупериодного выпрямителя со средней точкой, что есть гальваническая развязка с источником питания. В случае короткого замыкания нагрузки может сгореть трансформатор, а источник не пострадает.

Недостатком у этого выпрямителя является наличие трансформатора, что приводит к большим габаритам выпрямителя. Трансформатор является самой громоздкой деталью этого выпрямителя.

Вторым недостатком этого выпрямителя является то, что на закрытый вентиль прикладывается двукратное напряжение в обратном направлении. Поэтому приходится использовать диоды более высокого класса, что удорожает выпрямитель.

Достоинством двухполупериодного мостового выпрямителя являются его малые габариты, которые определяются только величиной диода.

Вторым достоинством этого выпрямителя является то, что на закрытые диоды прикладывается только однократное напряжение питания в обратном направлении. Поэтому используются диоды менее высокого класса, что удешевляет выпрямитель.

Недостатком данного выпрямителя является наличие гальванической связи с источником. В случае короткого замыкания нагрузки фактически закорачивается источник. И если не сработает максимальная токовая защита, то может пострадать источник.

В качестве иллюстрации давайте подберём диоды по току и напряжению для обоих выпрямителей.

Пусть действующее значение тока через нагрузку 10А. На обоих вторичных обмотках выпрямителя со средней точкой напряжения В. На входе мостового выпрямителя также напряжение В. Для обоих выпрямителей выбираем диоды на ток 5А, так как под током находятся они полпериода, а вторую половину периода они остывают.

Для мостового двухполупериодного выпрямителя нужно выбрать диоды на 400В, т.е. четвертого класса. Для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой диоды нужно выбрать на 700В, т.е. седьмого класса, которые значительно дороже.

5.Простейший трёхфазный выпрямитель.

Схема простейшего трёхфазного выпрямителя показана на рис.1-15. Три вентиля соединяются звездой. Обмотки трёхфазного генератора также соединяются звездой. Нагрузка включается между нулевыми точками генератора и вентилей.

Для понимания принципа работы этого выпрямителя нарисуем трёхфазную систему напряжений UА, UВ, UС (рис.1-16).

(1-53)

Если вентиль заперт, то к нему приложено напряжение в обратном направлении:

(1-54)

И он будет оставаться запертым до тех пор, пока <0. В это время может быть открыт вентиль или и или . Следовательно, вентиль открывается при выполнении двух условий:

> и > (1-55)

А это есть участок кривой между и периода T. На рис.1-16 площадь под этим участком кривой заштрихована.

Вентиль открывается при выполнении условий:

> и > (1-56)

На рис.1-16 это есть участок кривой между и .

Вентиль BС открывается при выполнении условий:

> и > (1-57)

На рис.1-16 это есть участок кривой от до .

Таким образом, участки кривых UА, UВ, UС, выделенные жирной линией, когда к сопротивлению нагрузки прикладываются фазные напряжения UА, UВ, UС.

Найдём постоянную составляющую :

Найдём теперь действующее значение напряжение на нагрузке:

Интеграл под корнем возьмем отдельно:

Подставим выражение (1-59) в предыдущую формулу и получим:

(1-60)

У этого простейшего трёхфазного выпрямителя среднее значение выпрямленного напряжения и действующее значение напряжения на нагрузке больше, чем в двухполупериодном выпрямителе.

Пульсация выходного напряжения ещё меньше, чем в двухполупериодной схеме.

Двухполупериодный мостовой выпрямитель часто изображается следующим образом (рис.1-17):

Самой совершенной схемой выпрямления является схема Ларионова (рис.1-18).

Это более совершенная схема трёхфазного выпрямителя, у которого ещё большие значения выпрямленного напряжения и действующего напряжения на нагрузке.

Этот выпрямитель студенты будут изучать в курсе “Электроника”.

Приведём сравнительную таблицу выпрямленного напряжения и действующего напряжения на нагрузке для всех четырёх выпрямителей (табл.1).

Таблица 1

Сравнительные значения и для четырёх типов выпрямителей