Общая электротехника и электроника: Лабораторный практикум, страница 28

В настоящее время наибольшее распространение получили импульсные выпрямители, состоящие из мостового входного выпрямителя без входного трансформатора, инвертора и выходного выпрямителя. При такой схеме построения отпадает необходимость во входном трансформаторе, а благодаря импульсному режиму работы удается увеличить кпд выпрямителя до 90…95%.

При этом в выпрямителях, питающихся от однофазной электрической сети, входной выпрямитель, как правило, выполняется по мостовой схеме. На выходе мостового выпрямителя формируется выпрямленное напряжение постоянной величины. Затем это напряжение подается на инвертор, преобразующий его в последовательность импульсов, следующих с частотой повторения, равной нескольким десяткам килогерц. Ширина импульсов на выходе инвертора может изменяться в широких пределах, что позволяет получить на выходе выпрямителя постоянное напряжение различной величины. С выхода инвертора импульсы подаются на импульсный выпрямитель и затем на фильтр нижних частот. По таком принципе строятся в настоящее время вторичные источники питания ЭВМ.

Для облегчения понимания принципов построения и работы выпрямителей целесообразно начать с рассмотрения простого однофазного, однополупериодного выпрямителя на одном полупроводниковом диоде.  На рис. 6.1. приведены принципиальная схема и временные диаграммы токов и напряжений простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя с конденсатором Сф, включенном параллельно  резистору нагрузки (Rн).

6.1.Принципиальная схема и временные диаграммы токов и напряжений однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром.

Рассмотрим работу выпрямителя в установившемся режиме. Ток через диод (iа) начинает протекать, когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора (U2) становится больше напряжения на конденсаторе (Uc), что соответствует интервалам времени t1-t2 и t3-t4. За это время t1-t2 происходит заряд конденсатора Сф. Как правило постоянная времени заряда конденсатора τзар=Rд*Cф выбирается таким образом, что конденсатор успевает зарядится до величины, равной амплитудному значению напряжения Um2 на выходе вторичной обмотки трансформатора. При этом заряд конденсатора продолжается до величины Um2,а затем начинается его разряд, так как напряжение U2(t) оказывается меньше Uс. Однако в случаях, когда величина емкости Сф выбрана очень большой, постоянная времени заряда конденсатора (τар=Rд •Cф) оказывается соизмеримой с интервалом (t1 - t2). При этом конденсатор Сф не успевает зарядиться до амплитудного значения напряжения Um2 и его заряд продолжается после прохождения амплитудного значения Um2.Именно такой случай изображен на рис.6.1. Только с момента времени t2 напряжение U2 (t) становится меньше напряжения на конденсаторе Uc, диод запирается и конденсатор начинает разряжаться через сопротивление нагрузки RH .Время разряда конденсатора определяется постоянной времени (τраз= Rн•Сф) и, как правило, значительно больше, чем время заряда. К закрытому вентилю в это время прикладывается нап­ряжение, максимальное значение которого почти равно удвоенному значению Um2.

К моменту времени t3 напряжение U2(t ) вновь становится больше напряжения на конденсаторе ( Uc), диод открывается и ток Iа начинает заряжать конденсатор C и т. д.

Существенным недостатком однополупериодных выпрямителей является неравномерная нагрузка сети переменного тока, так как выпрямители этого типа потребляет электроэнергию только во время положительного или отрицательного полупериода переменного напряжения.

Поэтому, как правило, для получения постоянного напряжения используются двухполупериодные выпрямители, равномерно загружающие электрическую сеть. Примером такого выпрямителя является мостовой, в котором для получение выпрямленного напряжения используются четыре диода.