Принцип действия и схема трехфазного мостового выпрямителя

Двухполупериодный выпрямитель

Схема выпрямления с выводом от средней точки трансформатора

Рис. 2 — Диаграмма напряжений схемы выпрямителя с выводом от средней точки трансформатора

Пунктиром показано напряжение на входе второго диода. Как видно из графиков, во время первого полупериода первый диод открыт и на нагрузке создается падение напряжения. Во время второго полупериода первый диод закрывается, поскольку оказывается включенным в обратном направлении, а второй, наоборот, открывается и на нагрузке снова выделяется положительная полуволна. На схеме плюсиками и минусами обозначено действие полуволн переменного тока. Частота пульсаций двуполупериодного выпрямителя вдвое больше, что является его достоинством. Для такой схемы характерны следующие параметры:

Достоинства: удвоенные значения  и , вдвое меньший коэффициент пульсаций по сравнению с однополупериодной схемой.

Недостатки: наличие трансформатора с двумя симметричными обмотками (что увеличивает его массогабаритные показатели). К тому же на диодах удвоенное обратное напряжение.

Мостовая схема выпрямителя

Рис. 3 — Схема мостового выпрямителя

Параметры такие же, как и двухполупериодной схемы со средним выводом, кроме обратного напряжения (оно в два раза меньше). Положительная полуволна (с верхнего по схеме вывода трансформатора) проходит через диод VD2, затем через нагрузку, затем через VD3 ко второму выводу трансформатора. При смене направления тока работают диоды VD4, VD1. Недостатком схемы считается удвоенное число диодов.

Достоинство — не нужен трансформатор со средней точкой.

Однофазная мостовая схема выпрямления

Наибольшее
распространение получила мостовая
схема вып­рямления, исследуемая в
данной лабораторной работе (рис.2.1,а).
Из рисунка видно, что выпрямитель
содержит четыре вентиля V1-V4,
включенных
по мостовой схеме. На одну диагональ
мос­та подается переменное напряжение,
а с другой диагонали мо­ста выпрямленное
напряжение подается .на нагрузку R_H.

Каждая
пара диодов (V1;
V4
и V2;
VЗ)
работают
поочередно. Диоды V1;
V4
открыты
в первый полупериод напряжения U₂,
когда
потенциал точки А
выше
потенциала точки В.
В
интервале от 0 до Т/2
ток
i₂
протекает от точки А
через
вентиль V1,
резис­тор R_H,
вентиль
V4,
точку
В,
источник
U₂(обычно
вторичная обмотка трансформатора,
которая на схеме не указана), к точке А.
Во
второй полупериод потенциал точки В
выше,
чем потенциал точки А.
Ток
протекает от точки В
через
вентиль V₂,
резистор
R_н
вентиль V3,
источник U₂
к точке В.

На
рис. 2.1 приведены временные диаграммы,
поясняющие принцип действия выпрямителя,
выполненного по мостовой схеме.

Среднее
значение выпрямленного напряжения Uопреде­ляют
как среднее за полупериод значение
напряжения U₂

где
U₂
— действующее
значение напряжения и₂
.

Обратное
напряжение прикладывается одновременно
к двум непроводящим диодам на интервале
проводимости двух других диодов. Форма
обратного напряжения для диодов VI,
V4
показа­на на рис. 2.1,г.
Максимальное обратное напряжение
определя­ется амплитудным значением
напряжения U_2m:

Рис.
2.1. Схема однофазного мостового
выпрямителя (а)
и
его временные диаграммы (б-г)

Как
видно из рис. 2.1,в,
выпрямленное
напряжение имеет пуль­сирующий
характер. Разложение такой периодической
функции в ряд Фурье показывает, что она
состоит из суммы постоянной составляющей
(U)и
четных гармонических составляющих,
т.е.

Для
оценки качества выпрямленного напряжения
пользуют­ся коэффициентом пульсации
К_п,
который равен отношению амплитудного
значения первой гармоники выпрямленного
на­пряжения U_m1к
постоянной составляющей, равной среднему
зна­чению выпрямленного напряжения
U:

При
мостовой схеме выпрямителя U_m1=2/3U,
тогда K_п
=
0,б7,
и коэффи­циент пульсации можно
вычислить по формуле:

где
т
— числофаз.
Для исследуемого выпрямителя т
= 2:

Для
питания большинства электронных
устройств напряже­ние такой формы не
обеспечивает нормальную работу, поэтому
пульсации стремятся уменьшить до
заданного уровня. Устрой­ства, с
помощью которых достигается снижение
пульсаций, называют сглаживающими
фильтрами.

В
зависимости от принципа действия и
используемыхэле­ментов
сглаживающие фильтры разделяют на
активные и пас­сивные. Простейшимпассивным
фильтром является емкостной фильтр,
исследуемый в данной работе (рис.2).

При
подключении конденсатора параллельно
нагрузке пуль­сирующий ток распределитсяследующим
образом: переменная составляющая пройдет
через конденсатор, так как онобладает
малым сопротивлением для всех гармоник
тока, а постоянная составляющая — через
R_н.
Коэффициент
пульсации К_пф
в дан­ном случае можно определить по
формуле (рис. 2.3)

Зависимость
среднего значения выпрямленного
напряжения отсреднего
значения тока нагрузки I,
то есть U=f(I)
называ­ютвнешней
характеристикой выпрямителя. Вид внешних
харак­теристик выпрямителя без фильтра
и с емкостным фильтром показан на рис.
2.4.

Рассмотрим
внешнюю характеристику выпрямителя
без сгла­живающего фильтра. Без учета
падений напряжения на элемен­тах
выпрямителя напряжение Uсвязано
с напряжением U₂
со­отношением U=
0,9
U₂.

Для
реального выпрямителя это соотношение
справедливо при токе нагрузки I=
0.
При I
≠ 0 при протекании токов через элементы
выпрямителя (диоды, соединительные
провода, ис­точник U₂)
на
них создаются падения напряжения,
вследствие чего выпрямленное напряжение
Uуменьшается
(рис. 2.4). Уве­личение тока I
приводит к большим падениям напряжения
на элементах выпрямителя и, соответственно,
к снижению напряже­ния U.
Поэтому
внешняя характеристика выпрямителя
имеет падающий характер.

Рис.
2.4. Внешние характеристики однофазного
выпрямителя (U=f(I):
1 — без фильтра; 2—с
фильтром

При
наличии емкостного фильтра при холостом
ходе (I
= )конденсатор
заряжается до амплитудного значения
напряжения U_2m,
т.е.
U
= √2U₂.
При увеличении тока нагрузки I
снижение напряжения
Uсвязано
с более быстрым разрядом конденсато­ра.
Поэтому наклон внешней характеристики
выпрямителя с емкостным фильтром больше,
чем без фильтра.

Однополупериодный выпрямитель.

Схема однополупериодного выпрямителя выглядит следующим образом:

Пусть на входе у нас переменное напряжение, меняющееся по синусоидальному закону:

Резистор же R_н играет роль нагрузки. То есть мы должны обеспечить протекание через него постоянного тока. Давайте разберемся как эта простейшая схема сможет решить нашу задачу!

Итак, диод D_1 пропускает ток только в одном направлении, в те моменты, когда к нему приложено прямое смещение, что соответствует положительным полупериодам (U_{вх}\gt0) входного сигнала. Когда к диоду будет приложено обратное смещение (отрицательные полупериоды), он будет закрыт и по цепи будет протекать только незначительный обратный ток. И в результате сигнал на нагрузке будет выглядеть так:

Обратным током обычно можно пренебречь, поэтому в итоге мы получаем, что ток через нагрузку протекает только в одном направлении. Но назвать его постоянным не представляется возможным Ток через нагрузку хоть и является выпрямленным (протекает только в одном направлении), но носит пульсирующий характер.

Для сглаживания этих пульсаций в схему выпрямителя тока обычно добавляется конденсатор:

Идея заключается в том, что во время положительного полупериода, конденсатор заряжается (запасает энергию). А во время отрицательного полупериода конденсатор, напротив, разряжается (отдает энергию в нагрузку).

Таким образом, за счет накопленной энергии конденсатор обеспечивает протекание тока через нагрузку и в отрицательные полупериоды входного сигнала. При этом емкость конденсатора должна быть достаточной для того, чтобы он не успевал разряжаться за время, равное половине периода.

Проверяем напряжение на нагрузке для этой схемы:

В точке 1 конденсатор заряжен до напряжения U_1. Далее входное напряжение понижается, а конденсатор, в свою очередь, начинает разряжаться на нагрузку. Поэтому выходное напряжение не падает до нуля вслед за входным.

В точке 2 конденсатор успел разрядиться до напряжения U_2. В то же время значение входного сигнала также становится равным этой же величине, поэтому конденсатор снова начинает заряжаться. И эти процессы в дальнейшем циклически повторяются.

А теперь поэкспериментируем и используем в схеме однополупериодного выпрямителя конденсатор меньшей емкости:

И здесь мы видим, что конденсатор из-за меньшей емкости успевает разрядиться гораздо сильнее, и это приводит к увеличению пульсаций, а следовательно к ухудшению работы всей схемы.

На промышленных частотах 50 – 60 Гц однополупериодный выпрямитель практически не применяется из-за того, что для таких частот потребуются конденсаторы с очень большой емкостью (а значит и внушительными габаритами).

Смотрите сами, чем ниже частота, тем больше период сигнала (а вместе с тем, и длительности положительного и отрицательного полупериодов). А чем больше длительность отрицательного полупериода, тем дольше конденсатор должен быть способен разряжаться на нагрузку. А это уже требует большей емкости.

Таким образом, на более низких частотах в силу своих ограничений эта схема не нашла широкого применения. Однако, на частотах в несколько десятков КГц однополупериодный выпрямитель используется вполне успешно.

Рассмотрим преимущества и недостатки однополупериодного выпрямителя:

• К основным достоинствам схемы, в первую очередь, конечно же, можно отнести простоту и, соответственно, небольшую себестоимость – используется всего один диод.
• Кроме того, снижено падение напряжения. , при протекании тока через диод на нем самом падает определенное напряжение. По сравнению с мостовой схемой (которую мы разберем в следующей статье), ток протекает только через один диод (а не через два), а значит и падение напряжения меньше.

Основных недостатков также можно выделить несколько:

• Схема использует энергию только положительного полупериода входного сигнала. То есть половина полезной энергии, которую также можно было бы использовать, уходит просто в никуда. В связи с этим КПД выпрямителя крайне низок.
• И даже с использованием сглаживающих конденсаторов величина пульсаций довольно-таки значительна, что также является очень серьезным недостатком.

Итак, давайте резюмируем! Мы разобрали схему и принцип работы однофазного однополупериодного выпрямителя тока, а в следующей статье перейдем к более сложным схемам выпрямителей, не пропустите!

Двухполупериодный выпрямитель

Некоторые образцы силового оборудования работают только при большой величине выпрямленного тока, протекающего в нагрузке. Ее неспособны обеспечить однополупериодные выпрямители, что объясняется значительными потерями в них. Для повышения нагрузочной способности в цепях трехфазного тока все чаще применяются двухполупериодные выпрямительные приборы, содержащие по два диода на каждую из фаз.

Анализ рабочих диаграмм такого выпрямителя наглядно свидетельствует о его бесспорных достоинствах. При работе этих схем используются как положительные, так и отрицательные полуволны, что поднимает КПД всего преобразователя. Объясняется это тем, что трехфазная структура схемы совместно с двухполупериодным выпрямлением обеспечивают шестикратное увеличение частоты пульсаций. За счет этого амплитуда сигнала на выходе после сглаживающих конденсаторов заметно возрастает (в сравнении с однополупериодным выпрямителем), а отдаваемая в нагрузку мощность повышается.

Математический анализ.

Анализ этого трехфазного управляемого выпрямителя во многих отношениях подобен анализу цепи однофазного мостового выпрямителя. Мы заинтересованы в выходном напряжении и токе источника. Среднее выходное напряжение, среднеквадратичное выходное напряжение, содержание колебаний в выходном напряжении, полный среднеквадратичный ток, среднеквадратичный ток основной гармоники, суммарный коэффициент гармоник в линейном токе, смещение коэффициента мощности и очевидный коэффициент мощности должны быть определены. В этой секции, анализ осуществляется предполагая, что ток нагрузки — устойчивый постоянного тока.

Среднее выходное напряжение.

Перед получением выражения для выходного напряжения, предпочтительно выяснить, как форма волны выходного напряжения изменяется с изменением угла открытия. В одном цикле напряжения источника, шесть пар проводят, каждая пара для 60°. Это означает, что период для формы выходной волны – 1/6 периода линейного напряжения. Форма выходной волны повторяет себя шесть раз в одном цикле входного напряжения. Форма выходного напряжения может быть определено рассмотрением одной пары. Видно, что, когда Vа(Θ)= e* sin (Θ), тиристоры s1 и s6 проводят, когда Θ изменяется от 30 + α до 90° + α , где Θ — угол обстрела.

Форма волны на выходе может чертиться для различных углов открытия. Апплет ниже принимает угол открытия, как вход и чертит выходное значение. Пиковое междуфазное напряжение отмечено, как ‘u’ и апплет начинается с момента включения тиристора и показывает форму выходной волны в течение одного цикла.

В выражении выше, U — пиковое междуфазное напряжение, тогда как E — амплитуда фазового напряжения 3-фазового источника.

Выходное напряжение тиристоров.

Напряжение на выходе тиристоров вычисляется как указано ниже:

Струйчатый фактор выведенного напряжения есть тогда:

Апплет ниже показывает среднее выходное напряжение, выходное напряжение тиристоров и коэффициент пульсаций для случая непрерывной проводимости через нагрузку.

Видно, что среднее выходное напряжение отрицательно, когда угол открытия превышает 90°. Это означают, что электрический ток от стороны постоянного тока к источнику переменного тока. Когда угол открытия держится в районе 0°

Среднеквадратической линейный ток.

Среднеквадратическое значение линейного тока относительно легко определить, если связь постоянного тока устойчива и не содержит колебаний. Ток нагрузки бесколебателен, если индуктивность в связи постоянного тока относительно большая. Чтобы поддерживать нагрузки ток при любом угле открытия, предполагается, что связь постоянного тока содержит источник напряжения. Предполагают, что сопротивление цепи нагрузки нулевое, источник напряжения должен равняться напряжению среднего выходного напряжения мостовой схемы, если связь постоянного тока остается устойчивой в некотором значении. Формы волны, показанные ниже, основаны на предположении, что эти условия соблюдены. Показано, что, если Va(Θ)= e*sin (Θ), тиристор s1 открывается, когда Θ изменяется от α + 30°до α + 90° и что тиристор s4 открывается, когда Θ изменяется от α + 210° до α + 270°. Если амплитуда тока нагрузки постоянного тока назначена, чтобы быть единой, форма волны линейного тока тогда — прямоугольный импульс, оставаясь + 1 от α + 30° до α + 150°, в — 1 от α + 210° α + 330°, и ноль в ост. случае. Амплитуда основной гармоники в линейном токе тогда 3.464/π ( что составляет почти 0.78) и амплитуда других нечетных гармоник — 3.464/nπ, где n – номер нечетной гармоники. Когда ток нагрузки постоянного тока устойчив и имеет величину единства, среднеквадратической ток линии получен, как показано в выражении (5). Среднеквадратическое значение амплитуды основной гармоники получено, как показано в выражении (6). Выражение (6) основано на том, как тригонометрические коэффициенты Фурье определяются для форм волны с четвертьволновой симметрией. Когда линейный ток является прямоугольным и симметричным, фазный ток такой же, как и линейный ток, и фундаментальный компонент фазного тока отстает от фазного напряжения на угол, равный углу открытия тиристоров. Отныне коэффициент сдвига мощности выражен, как показано выражением (7). Так как линейный ток не синусоидален, очевидный коэффициент мощности, обычно относился только так же на коэффициент мощности в большинстве из текстов, есть менее чем КСМ и представляется выражением (8). Так как линейный ток не синусоидален, компонент искажения в линейном токе придется считать. Этот компонент, обратился к ПГИ (полное гармоническое искажение ), вычислен, как показано в выражении (9).

Принцип действия

Необходимый эффект при работе устройства создают особенности p-n перехода. Заключаются в том, что рядом с переходом двух полупроводников встраивается слой, который характеризуется двумя моментами: большим сопротивлением и отсутствием носителей заряда. Далее при воздействии на данный запирающий слой переменного напряжения извне толщина его уменьшается и впоследствии исчезает. Возрастающий во время этого ток и является прямым током, который проходит от анода к катоду. В случае перемены полярности внешнего переменного напряжения запирающий слой будет больше, и сопротивление неминуемо возрастет.

ВАХ выпрямительного диода (вольт-амперная характеристика) также дает представление о специфике работы выпрямителя и является нелинейной. Выглядит следующим образом: существует две ветви – прямая и обратная. Первая отражает наибольшую проводимость полупроводника при возникновении прямой разницы потенциалов. Вторая указывает на значение низкой проводимости при обратной разнице потенциалов.

Вольт-амперные характеристики выпрямителя прямо пропорциональны температуре, с повышением которой разность потенциалов сокращается. Электрический ток не пройдет через устройство в случае низкой проводимости, но лавинный пробой происходит в случае возросшего до определенного уровня обратного напряжения.

Работа диодного моста

Он состоит из четырёх диодов, и эта конфигурация подключается через нагрузку.

Во время положительного полупериода входных сигналов диодов D1 и D2 в прямом направлении смещены, а D3 и D4 обращены назад. Когда напряжение, превышающее пороговый уровень диодов D1 и D2, начинает проводиться — ток начинает протекать через него, как показано на рисунке ниже на красной линии.

Во время отрицательного полупериода входного сигнала AC диоды D3 и D4 смещены вперёд, а D1 и D2 обращены в обратном направлении. Ток нагрузки начинает протекать через диоды D3 и D4, когда эти диоды начинают проводить, как показано на рисунке.

В обоих случаях направление тока нагрузки одинаковое, как показано на рисунке одностороннее, что означает DC. Таким образом, при использовании мостового выпрямителя входной ток AC преобразуется в DC. Выход на нагрузке с помощью этого мостового выпрямителя имеет пульсирующий характер, но для получения чистого DC требуется дополнительный фильтр, такой как конденсатор. Такая же операция применима для различных мостовых выпрямителей, но в случае управляемых выпрямителей запускается тиристор, чтобы управлять током для нагрузки.

Режим 2 (π toπ + α). При wt = π входное питание равно нулю, а после π оно становится отрицательным. Но индуктивность противодействует любым изменениям для поддержания DC нагрузки и в том же направлении.

Из-за этого индуцированного напряжения SC1 T1 и T2 являются передовыми, несмотря на отрицательное напряжение питания. Таким образом, нагрузка действует как источник и запасённая энергия в индуктивности, возвращается обратно в источник AC.

Режим 3 (π + α до 2π). При wt = π + α SCR T3 и T4 включаются и T1, T2 — обратное смещение. Таким образом, процесс проводимости переносится из T1, T2 в T3, T4. При положительном напряжении нагрузки и потреблении энергии тока сохраняется.

Режим 4 (от 2π до 2π + α). При wt = 2π входное напряжение проходит через ноль.

Действие схемы

В схеме трехфазного мостового выпрямителя три плеча, каждая фаза соединилась с одним из трех фазовых напряжений. Альтернативно, можно видеть, что мостовая схема имеет две половины, положительная половина состоит из тиристоров s1, s3 и s5 и отрицательная половина состоит из тиристоров s2, s4 и s6. В любой момент, один тиристор из каждой половины замыкается, когда есть электрический ток. Если фазовая последовательность источника будет АБС, тиристоры работают в последовательности s1, s2, s3, s4, s5, s6 и s1 и так далее.
Действие схемы сначала объясняется с предположением, что диоды используются вместо тиристоров. Трехфазное напряжение изменяется, как показано ниже.

Пусть трехфазные напряжения определены, как показано ниже.

Можно видеть, что напряжение фазы А является наивысшим из трех фазных напряжений, когда Θ находится между 30° и 150°.Также можно видеть, что напряжение фазы В является наивысшим трехфазных напряжений, когда Θ находится в между 150 и 270° и что напряжение фазы С является наивысшим из фазных напряжений, когда Θ находится между 270 и 390° или 30° в следующем цикле. Мы также находим, что напряжение фазы А является самым низким трехфазных напряжений, когда Θ находится между 210 и 330°. Можно также видеть, что напряжение фазы В является самым низким из фазных напряжений, когда Θ находится между 330 и 450° или 90° в следующем цикле, и что напряжение фазы С является самым низким, когда Θ находится 90 и 210°. Если используются диоды, диод d1 вместо s1 проводил бы напряжение от 30 до 150°, диод d3 проводил бы от 150 до 270° и диод d5 – от 270 до 390° или 30° в следующем цикле. Таким же образом, диод d4 проводил бы от 210 до 30°, диод d6 – от 330 до 450° или 90° в следующем цикле, и диод d2 проводил бы от 90 до 210°. Положительный рельс выходного напряжения моста соединяется с наивысшими сегментами конверта трехфазных напряжений и отрицательного рельса выведенного напряжения к самым низким сегментам конверта.

На любой момент кроме переходных периодов, когда электрический ток перемещен от одного диода к другому, только одна из следующих пар работает в каждый момент.

Если используются тиристоры, их включение может быть задержано выбором нужного угла открытия. Когда тиристоры открываются при угле 0, выход из мостового выпрямителя такой же, как из схемы с диодами. Например, видно, что d1 начинает проводить только после Θ = 30°. Действительно, он может начать проводить только после Θ = 30°, так, как он реверсивно направлен до Θ = 30°. Смещение через d1 становится равным 0, когда Θ = 30° и диод d1 начинает становиться прямонаправленным только после Θ = 30°. Когда Va(Θ)= E*sin (Θ), диод d1 обратно направлен перед Θ = 30° и прямонаправлен когда Θ = 30°. При нулевом угле открытия тиристоров s1 открывается, когда Θ = 30°. Это означает, что если синхронизирующий сигнал нужен для открытия s1, то сигнальное напряжение Va(Θ) отстает на 30° и если угол открытия Θ, тиристор s1 запущен, когда Θ = α + 30°. Предоставляют, что проводимость непрерывна, следующая таблица представляет пару тиристоров в проводимости в любой момент.

Работа мостового выпрямителя иллюстрируется с помощью апплета, который следует за этим параграфом. Вы можете установить угол открытия в рамках 0°

Принцип работы выпрямителя

Структурная схема выпрямителя показана ниже:

Главною его частью является выпрямляющее устройство В, образованное из диодов, объединенных особым образом. Именно здесь и происходит преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Переменное напряжение подается на выпрямляющее устройство через трансформатор Тр. В некоторых случаях трансформатора может и не быть (если напряжение силовой сети отвечает той, которая необходима для работы выпрямителя). Трансформатор(если он есть) в большинстве также имеет особенности в соединении его обмоток. Пульсирующий ток , как правило не является постоянным по величине в каждое мгновение времени, и когда необходимо иметь более сглаженное его значение, чем полученный после выпрямляющего устройства, применяют фильтры Ф. В случае необходимости выпрямитель дополняют стабилизатором напряжения или тока Ст, который поддерживает их на постоянном уровне, если параметры силовой сети изменяется по разным причинам. Структурную схему завершает нагрузка Н, которая значительно влияет на работу всего устройства и поэтому считается составляющей частью всего преобразователя.

Собственно выпрямителем является та его часть, которая обведена на рисунке выше пунктиром и состоит из трансформатора и выпрямительного устройства.

В этом подразделе рассматриваются выпрямители малой мощности, которые необходимы для обеспечения постоянным напряжением всяких устройств в областях управления, регулирования, усилителях тока, генераторах малой мощности и так далее. Как правило, они питаются от однофазного переменного напряжения 220 или 380 В частотою 50 Гц.

Принцип действия

У переменного тока постоянно меняются два параметра:

1. величина;
2. направление.

Графическое представление этих изменений отображается синусоидой. Полуволны выше оси абсцисс, отображают движение заряженных частиц в положительном направлении, ниже — в противоположном, отрицательном.

Задача выпрямителя — сделать так, чтобы направление тока оставалось постоянным, то есть превратить его в однополярный, добиться этого можно несколькими способами:

1. отсечь отрицательные полуволны. Задействуется только половина вырабатываемой источником или генератором энергии. Поскольку ток действует только в одном полупериоде, такая схема выпрямления называется однополупериодной;
2. «опрокинуть» отрицательные полуволны относительно оси абсцисс, то есть превратить их в положительные. Вырабатываемая энергия задействуется в полном объеме и поскольку ток действует в течение обоих полупериодов, данную схему называют двухполупериодной.

На диаграммах обычно изображают выпрямленное напряжение, поскольку оно, в отличие от силы тока, не зависит от нагрузки.

Принцип работы

Все однофазные выпрямители используют полупроводниковые устройства в качестве основного устройства преобразования переменного тока в постоянный. Однофазные неконтролируемые полуволновые выпрямители являются наиболее простой и, возможно, наиболее широко используемой схемой выпрямления для малых уровней мощности, поскольку на их выход сильно влияет реактивное сопротивление подключенной нагрузки.

Для неконтролируемых выпрямительных цепей полупроводниковые диоды являются наиболее часто используемым устройством и расположены таким образом, чтобы создавать либо полуволновую, либо двухполупериодную схему выпрямителя. Преимущество использования диодов в качестве устройства выпрямления состоит в том, что по своей конструкции они являются однонаправленными устройствами, имеющими встроенный однонаправленный pn-переход.

Этот pn-переход преобразует двунаправленный переменный источник питания в однонаправленный ток, устраняя половину источника питания. В зависимости от подключения диода, он может, например, пропустить положительную половину сигнала переменного тока при прямом смещении, исключая при этом отрицательный полупериод, когда диод становится обратным смещением.

Обратное также верно, устраняя положительную половину или форму волны и передавая отрицательную половину. В любом случае, выход из одного диодного выпрямителя состоит только из одной половины формы сигнала 360 o, как показано на рисунке.

Основные расчетные соотношения схем:

U_d0=U_d0I+U_doII=2U_d0I,II=2U₂=U₂2,34U₂

Таблица
?

.

При работе на активную
нагрузку с углом управления  в момент времени t₁ – точка естественной коммутации катодной группы,
тиристор VS1 открывается, в анодной группе
тиристор VS6 к этому моменту уже открыт. К
нагрузке прикладывается линейное напряжение U_ab и выпрямленный ток i_d протекает по контуру обмотки фазы .

Рисунок ?

В момент времени t₂ потенциал фазы b становится более положительный по сравнению с фазой с,
тиристор BS6 выключается и включается тиристор VS2 – происходит переключение
тиристоров в анодной группе.

В момент времени t₃ тиристор VS2 остается включенным, тиристор VS1 выключается и включается VS3 –
переключение в катодной группе, т.к. потенциал фазы b становится более положительным по отношению к фазе а.
Переключение происходит поочередно в катодной и анодной группах. Таким образом,
в мостовой схеме в любой момент времени одновременно работают два тиристора,
один из анодной группы, потенциал которого наименьший относительно общего
провода, второй из катодной группы, потенциал анода которого наибольший
относительно общего провода. t₁-t₂ – VS1, VS6;  t₂-t₃ – VS1,VS2; t₃-t₄ – VS3,VS2; t₄-t₅ – VS3,VS4…

Таблица
?

,

,

, R нагрузка

Два решения:

1) Режим непрерывного
тока :

,

.

2) Режим прерывистых
токов

,

,

.

Рисунок ?

 
RL нагрузка

Рисунок ?

  RL нагрузка:

.      .

При                                     .

С целью улучшения формы
кривой тока во вторичной обмотке применяют обмотку, соединенную в треугольник.

При таком включении ток в
обмотках притекает непрерывно.

Форма тока приближается к
синусоидальной форме, следовательно, уменьшается содержание гармонических
составляющих.

Рисунок ?

Рисунок 1

Благодаря разному
включению обмоток (звезда, треугольник) напряжения имеют сдвиг на угол .

Суммируя
напряжения, получают 12 пульсаций за период.

Возможна параллельная
работа мостов и последовательная:

Для параллельной :;

Для последовательной: .

Явление коммутации в выпрямителях.

В реальных схемах
выпрямления мгновенный переход тока с вентиля на вентиль невозможен из-за
наличия в контуре коммутации (переключения) индуктивности, равной, как правило,
сумме индуктивности сети, приведенной к вторичной обмотке трансформатора, и
индуктивности рассеяния обмоток.

Время, в течение которого
происходит переход тока с одного вентиля на другой, измеряется в угловой мере и
называется углом коммутации.  

Наличие процесса
коммутации вносит существенные изменения формы кривых напряжений и токов на элементах
схемы, эти изменения
оказывают влияние на количественные соотношения токов и напряжений схемы.

Рисунок ?

Т.к. напряжение обратное,
учитываем отрицательное значение:

,

,

.

Для граничного условия,
когда процесс коммутации закончился:

,

,

.

для  определим

Рисунок ?

,

;         ,

.

Среднее значение
выпрямленного напряжения тоже зависит от :

,

.

          Способы
повышения коэффициента мощности.

Рисунок ?

В общем случае
коэффициент мощности можно определить как отношение активной мощности
потребляемой выпрямителем к полной мощности выпрямителя:

,

,

где U₁— действующее значение напряжения питающей сети;

I₁— действующее значение первой гармоники потребляемого
тока;

—
угол сдвига первой гармоники тока по отношению к питающему напряжению.

,

где I_n— действующее значение тока n-й гармоники;

I₁— действующее значение тока потребляемого из сети.

,

где — коэффициент формы кривой
тока потребляемого из сети.