Для питании различных узлов и блоков электронной аппаратуры наиболее часто применяются выпрямители, рассчитанные иа небольшие мош,ности и работаюш,ие от однофазной сети неременного тока. Такие выпрямители называются однофазными. Они делятся на: а) однополупериодные, в которых ток через вентиль проходит только в течение одного полупернода переменного напряжения сети; б) двух-/?олг/яф1юЙнй/, в которых ток проходит через вентиль в течение обоих полупериодов; в) схемы с умножением напряжения.

В современных выпрямителях в качестве вентилей чаще всего ис-[юльзуются полупроводниковые диоды.

Основные вопросы, подлежащие рассмотрению в данной главе, можно свести к следующим:

/. В чем состоит сущность процессов выпрямления переменного тока и напряжения?

2. Какими соображениями руководствуются при построении выпрямительных схем?

3. По каким техническим показателям сравнивают выпрямительные схемы друг с другом?

4. Как работают сглаживающие фильтры? Из каких элементов они состоят?

17.1. ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Схема однополупериодиого выпрямителя с активной нагрузкой представлена на рис. 17.2, а. В этой схеме ток через вентиль и сопротивление нагрузки протекает только в течение половины периода пере-

Рис, 17,2. Одттополупериодный выпрямитель:

а - схема выпрямления; 6 - графики токов и напряжений.

менного напряжения U, действующего на зажимах вторичной обмотки трансформатора. Как видно из рис. 17.2, б, такой ток имеет пульсирующий характер, т. е. протекает в од[гом направлении и изменяется по величине от максимального значения /2т до нуля.

Показанная на рис. 17.2, б постоянная составляющая выпрямленного тока /ц представляет собой среднее значение тока, протекающего 39 период через сонротивление нагрузки Воспользовавшись

графиком, приведенным на рис. 17.2, б, можно записать равенство

Если ток 1. изменяется по синусоидально.му закону то

(17.1)

/2„iSin Uitdt /;

откуда

COS t,-it

0,318/:

(17.2) t/n на

Постоянную составляющую выпрямленного напряжения нагрузочном сопротивлении можно найти но закону Ома:

Uq= [,r = 0,3l8hmR,. (17.3)

Если пренебречь внутренним сопротивлением диода для прямого тока, то падение напряжения hmRa можно считать равным максимальному напряжению па зажимах вторичной обмотки трансформатора:

l2mRn ~ U2m-

Поэтому

0 = 0,3182,--. (17.4)

Заменив амплитудное значение напряления /т его действующим значением {V2,n - \V2V2), получим

/2 и.

0,45(73.

(17.5)

Таким образом, постоянная составляющая выпрямленного напряжения t/fi на нагрузке значительно меньше действующего напряжения

на зажимах вторичной обмотки трансформатора. Обычно значение напряжения (У,, так же, как величина тока /(,, задается при расчете выпрямителя. Зная (/q, можно по формуле (17.5) найти требуемую величину переменного напряжения на зажимах вторичной обмотки силового трансформатора. Если напряжение сети известно, то коэффициент трансформации силового трансформатора, необходимый для обеспечения заданного напряжения L на нагрузке, должен быть равен

(17.6)

Пз рассмотрения работы схемы следует, что в отрицательный полупериод диод находится под иапряжеиием, действующим иа зажимах вторичной обмотки трансформатора. Следовательно, наибольшее обратное напряжение, приложенное к диоду, оказывается равным

f/o6p = 2,«-3.140. (17.7)

т. е. обратное напряжение на диоде более чем в 3 раза превышает выпрямленное напряжение на нагрузке.

Подбирая диод для работы в однополупериоднон схеме, необходимо следить за тем, чтобы

обр.доп>{/обр-=3,14{;о. (17-8)

где Uocp. доп - максимально допустимое обратное напряжение выбранного диода.

Если неравенство (17.8) не выполняется, необходимо либо взять диод с более высоким допустимым обратным напряжением, либо включить несколько однотипных диодов последовательно. Количество последовательно соединенных диодов подсчитывается по формуле

k==--p. (17.9)

•обр.доп

При подборе диода необходимо следить за тем, чтобы среднее значение тока /ср, который проходит через диод, не превышало допустимого среднего значения тока этого диода /ср. дол, т. е.

/ср</ср.доп- (17.10)

- Среднее значение тока диода в однополупериодной схеме

/ср-=/о. (17.11)

Поэтому необходимо, чтобы

/ср.доп>/о- (17.12)

Если неравенство (17.12) не выполняется, то необходимо подобрать диод с более высоким значением /ср. доп нли включить несколько однотипных диодов параллельно друг другу. Количество диодов определяют по формуле

т = (17.13)

ср.доп

Из рис. 17.2, 6 видно, что напряжение на нагрузке достигает максимума один раз за период. Следовательно, частота пульсаций напряжения на нагрузке в однополупериодной схеме равна частоте сети:

/п = /с- (17.14)

Величина пульсаций выпрямленного напряжения обычно харак-териуется коэффициентом пульсаций:

(17.15)

где Uum - амплитуда переменной составляющей напряжения, изменяющегося с частотой повторения импульсов, т. е. амплитуда первой гармоники.

Для однополупериодной схемы амплитуда первой гармоники выпрямленного выражения составляет

и,., = .=\.Ыи„ (17.16)

И 7-1204 353