Исследование влияние схем выпрямления и фильтрации на соотношение токов в нагрузке и обмотках трансформаторов, страница 2

Недостатками схемы однополупериодного выпрямления являются значительная пульсация выпрямленного тока и напряжения, а также низкое использование трансформатора, так как по его вторичной обмотке протекает ток только в течение одного полупериода. Существенно, что постоянной составляющей тока во вторичной обмотке осуществляется подмагничивание сердечника, что в сочетании с различным потреблением мощности из сети в разные полупериоды делает весьма заметным искажение тока в первичной обмотке. Выпрямители подобного типа применяются главным образом в маломощных источниках, когда выпрямленный ток мал, а достаточно удовлетворительное сглаживание пульсации может быть обеспечено с помощью емкостного фильтра (см. таблицу).

Схемы и свойства однофазных нестабилизированных источников питания

Двухполупериодная схема со средним выводом вторичной обмотки представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей с общей нагрузкой. Кривую выпрямленного тока  в этом случае можно разложить в гармонический ряд Фурье:

                                      (6)

Здесь постоянная составляющая тока , а среднее значение выпрямленного напряжения на сопротивлении  нагрузки

                                                  (7)

Таким образом, по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления средние значения выпрямленных тока напряжения на нагрузке при однотактной двухполупериодной схеме увеличивается вдвое .

Выражая среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке через действующее значение на половине вторичной обмотки трансформатора, получаем

                                                          (8)

Коэффициент пульсаций тока в данном случае

                                                       (9)

Максимальное значение обратного напряжения на диодах в рассматриваемой схеме равно удвоенному амплитудному значению напряжения вторичной полуобмотки трансформатора.

Вследствие того, что постоянные составляющие тока во вторичных полуобмотках направлены встречно явлений, свойственных однополупериодной схеме выпрямления (подмагничивание сердечника, различное потребление мощности в разные полупериоды) здесь не наблюдается. Однако, вследствие различной величины сопротивлений вторичных полуобмоток (различная длина провода) сила тока в каждый полупериод отличается во всех обмотках.

При двухполупериодном выпрямлении с использованием мостовой схемы (см. таблицу) можно достигнуть снижения в два раза обратного напряжения на диод в непроводящую часть периода, и достичь уменьшения расчетной (габаритной) мощности трансформатора.

Такая схема выпрямления позволяет получить требуемое напряжение на нагрузке при числе витков вторичной обмотки трансформатора, вдвое меньше чем в однотактной двухполупериодной схеме. Здесь ток во вторичной обмотке трансформатора не содержит постоянной составляющей, поэтому уменьшаются габариты сердечника и тепловые потери в обмотке приблизительно в 1,5 раза. Благодаря указанным достоинствам применение днухполупериодной мостовой схемы выпрямления более предпочтительно, чем схем однополупериодной и однотактной двухполупериодной.

Рассмотренные схемы выпрямления имеют относительно большие коэффициенты пульсаций. Между тем, для питания большей части электронной аппаратуры требуется выпрямленное напряжение с k_п =0.002 … 0.02. Достигается это с помощью сглаживающих фильтров.

Принцип работы емкостного сглаживающего фильтра заключается в том, что по нему протекают токи высших гармоник, минуя нагрузку. Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения и тока происходит за счет периодической зарядки конденсатора (когда напряжение на выходе трансформатора превышает напряжение на нагрузке) и последующей его разрядки на сопротивление нагрузки (переходные процессы, обусловленные пульсациями напряжения после выпрямителей).

Коэффициент сглаживания пульсаций емкостного фильтра.

                                                                  (10)