ЛЕКЦИЯ 4

Работа однофазной мостовой схемы выпрямления

Пусть имеем неуправляемую мостовую двухтактную схему рис.1.

Как видно из рис.1 вентили включаются так, что в первом полупериоде ток

протекает через вентили 1 и 3, а во втором полупериоде ток

протекает через вентили 2 и 4.

Форма кривых выпрямленного, фазных и анодных токов зависит от индуктивного сопротивления

. Кривые токов и напряжений при

приведены на осях 2,3,4,5 и 6 рис.2.

Аналогично рассмотренной ранее однотактной схеме имеем

Амплитуда обратного напряжения

Ток вторичной обмотки трансформатора равен

Поэтому действующие значения токов обеих обмоток равны:

Мощность первичной и вторичной обмоток, а также типовая мощность трансформатора

Рис.2. Кривые токов и напряжений двухтактной схемы

Так как кривые анодных токов представляют полусинусоиды, они содержат постоянные составляющие, первые гармоники и гармоники с четными порядковыми номерами

Кривые токов при

приведены на осях 7, 8 и 9 рис.2.

Действующие значения токов первичной и вторичной обмоток при

Мощность трансформатора

Амплитуда анодного тока вентиля

2. Работа однофазной мостовой схемы с углом регулирования

Диаграммы токов и напряжений на элементах будут такими же, как и для однофазного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой.

Отличие заключается только в том, что амлитуда обратного напряжения на вентиле в мостовом выпрямителе будет в 2 раза меньше, чем в двухполупериодном нулевом выпрямителе.

При активной нагрузке работа схемы будет характеризоваться следующими основными соотношениями:

Однофазная мостовая схема, работающая с углом

, имеет такие же формы токов и напряжений на ее элементах, как и в однофазном двухполупериодном выпрямителе со средней точкой.

Среднее значение выходного напряжения:

Максимальные значения напряжений на вентилях:

Максимальное значение токов вентилей при активной нагрузке

3. Активно-индуктивная нагрузка с углом открытия больше нуля,

Наличие в цепи нагрузки индуктивности

существенно изменяет характер электромагнитных процессов в схеме. Так, после начала работы выпрямителя нарастание тока

в нагрузке будет происходить постепенно и тем медленнее, чем больше постоянная времени

При наличии индуктивности выпрямленный ток становится более сглаженным и не успевает доходить до нуля в моменты, когда выпрямленное напряжение становится равным нулю.

При увеличении индуктивности или частоты переменной составляющей выпрямленного напряжения пульсации выпрямленного тока уменьшаются, а при значениях , равных 5-10 и более, расчетные соотношения в схеме будут незначительно отличатся от случая, когда

или

(

). В этом случае можно считать, что вся переменная составляющая выпрямленного напряжения выделяется на индуктивности

, а постоянная – на сопротивлении

Несмотря на то, что управляющие импульсы поступают на вентили с задержкой на угол

относительно моментов их естественного включения (

), длительность протекания тока через каждый вентиль остается равной половине периода напряжения питающей сети.

При

ток в цепи нагрузки идеально сглажен, а токи вентилей имеют прямоугольную форму, но в отличие от схемы, работающей с углом

, прямоугольники токов будут сдвинуты относительно выпрямленного напряжения на угол

. Сдвиг тока относительно напряжения на угол

приводит к появлению в выпрямленном напряжении отрицательных участков, что вызывает снижение его среднего значения (рис.4).

Рис.4. Диаграммы токов и напряжений двухполупериодного выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке и

(

)

Учитывая, что форма выпрямленного напряжения повторяется в интервале углов от

до

, среднее значение выпрямленного напряжения можно найти по формуле

Согласно (1) среднее значение выпрямленного напряжения становится равным нулю при

. В этом случае в выпрямленном напряжении площади положительного и отрицательного участков равны между собой и постоянная составляющая отсутствует [1, 2].

Регулировочная характеристика для активно-индуктивной нагрузки показана на рис.5 кривая 2.

Рис.5. Регулировочные характеристики однофазного двухполупериодного выпрямителя: 1 – при активной нагрузке; 2 – при активно-индуктивной нагрузке

Если величина

невелика и такова, что энергии, запасенной в индуктивности

на интервале, когда

, оказывается недостаточно для обеспечения протекания тока

в течение половины периода, то вентиль, проводящий этот ток, выключится раньше, чем будет подан отпирающий импульс на другой вентиль, т.е. раньше момента, определяемого углом

. Такой режим работы схемы при активно-индуктивной нагрузке называется режимом с прерывистым выпрямленным током (рис.6).

Рис.6. Диаграммы токов и напряжений двухполупериодного выпрямителя при режиме прерывистых токов

При одинаковых значениях угла ? среднее значение выпрямленного напряжения в режиме с прерывистым током будет больше, чем в режиме с непрерывным током, благодаря уменьшению отрицательного участка в кривой выпрямленного напряжения, но меньше, чем при работе выпрямителя на активную нагрузку.

Поэтому в режимах с прерывистым током регулировочные характеристики будут находиться между кривыми 1 и 2 в заштрихованной области, указанной на рис.5.

Режим работы схемы, когда ток в вентилях спадает до нуля точно в момент включения очередного вентиля, называется граничным.

Очевидно, что чем больше угол ?, тем больше должна быть индуктивность

, чтобы обеспечить режим работы схемы с непрерывным током

. Индуктивность, обеспечивающая при заданных параметрах–схемы граничный режим работы, называют критической.

При прерывистом токе и постоянной нагрузке трансформатор, вентили, коллектор работают в более тяжелом режиме, так как при одном и том же значении выпрямленного тока действующее значение токов в элементах схемы увеличивается. Поэтому в мощных выпрямителях, работающих с широким диапазоном изменения угла