Однофазный мостовой выпрямитель

Схема выпрямителя дана на рисунке 3.39. Принцип действия выпрямителя рассмотрим, приняв нагрузку выпрямителя чисто активной.

Выходное напряжение u_d при чисто активной нагрузке имеет вид однополярных полуволн напряжения u₂ (рисунок 3.39, в). Это получается в результате поочередного отпирания диодов Д₁, Д₂ и Д₃, Д₄.

При наличии полуволны напряжения u₁ отрицательной полярности, полярность напряжения u₂ обратная. Под ее воздействием открыты другие два диода, подключающие напряжение u₂ к нагрузке с той же полярностью, что и на предыдущем интервале (рисунок 3.39, а, б). Ввиду идентичности кривых u_d для выпрямителя мостовой схемы действительны соотношения между выпрямленным напряжением U_d и действующим значением напряжения U₂ и соотношения, характеризующие гармонический состав и коэффициент пульсации q_n выходного напряжения.

. (3.16)

Рисунок 3.39 – Мостовой выпрямитель

Коэффициент пульсаций отражает отношение амплитуды n -й гармоники пульсации к среднему значению напряжения U_d. Его (q₁) обычно определяют по амплитуде первой гармоники пульсации как наибольшей и труднофильтруемой.

, (3.17)

где m – эквивалентное число фаз выпрямления (для схемы m = 2 и q₁ = 0,67). Для схемы амплитуда первой гармоники пульсации составляет 67 % от U_d.

Поскольку ток I_d = U_d/R_н распределяется поровну между парами диодов, ток I_a каждого диода в рассматриваемой схеме также находят из соотношения: I_a = I_d/2. Обратное напряжение прикладывается одновременно к двум непроводящим диодам на интервале проводимости двух других диодов. Максимальное обратное напряжение определяется амплитудным значением напряжения u₂:

u_обр = (2)^1/2u₂ = (p/2)U_d. (3.18)

Выражение для действующего значения тока I₂ обусловлено тем, что ток i₂ синусоидальный, а не пульсирующий:

I₂ = U₂/R_н = [p/(2×2^1/2)]U_d/R_н = [p/(2×2^1/2)]I_d. (3.19)

Ток I₁ связан с токами I₂ и I_d соотношением:

I₁ = I₂/n = [p/(2×2^1/2)]I_d/n; n = U₁/U₂ - коэффициент трансформации. (3.20)

Расчётные мощности обмоток одинаковы: S₁ = S₂ = S_т = 1,23P_d (P_d – мощность на диоде).

Таким образом, преимуществами мостовой схемы выпрямителя являются более простой трансформатор, содержащий только одну вторичную обмотку, и меньшее обратное напряжение, на которое следует выбирать диоды. Указанные преимущества компенсируют недостаток схемы, заключающийся в большем числе диодов.

Анализ принципа действия и режимов работы маломощных выпрямителей однофазного тока проводился в предположении, что активные сопротивления обмоток трансформатора, подводящих проводов, сглаживающего дросселя, а также падения напряжения на диодах равны нулю. В связи с этим приведенные соотношения следует считать приближенными для реальных схем, поскольку вследствие падений напряжения на элементах от протекания токов реальное среднее значение выпрямленного напряжения U_d получается меньше и уменьшается с ростом тока нагрузки I_d.

Анализ принципа действия и режимов работы маломощных выпрямителей однофазного тока проводился в предположении, что активные сопротивления обмоток трансформатора, подводящих проводов, сглаживающего дросселя, а также падения напряжения на диодах равны нулю. В связи с этим приведенные соотношения следует считать приближенными для реальных схем, поскольку вследствие падений напряжения на элементах от протекания токов реальное среднее значение выпрямленного напряжения U_d получается меньше и уменьшается с ростом тока нагрузки I_d. Это явление отражает внешняя характеристика выпрямителя – зависимость U_d = F(I_d ).