Расчет двухполупериодного выпрямителя без фильтра

Двухполупериодный выпрямитель

Существуют два основных варианта реализации двухполупериодного выпрямителя - мостовой и балансный. Схема балансной реализации изображена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема выпрямителя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: Tr - трансформатор с двумя одинаковыми вторичными обмотками или одной, у которой есть отвод посередине; DV1, DV2 - диоды (вентили); Cf - емкостный фильтр; Rn - сопротивление нагрузки.

Осциллограмма данного двухполупериодного выпрямителя представлена на рисунке ниже.

Рисунок 2. Осциллограмма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: U1 - осциллограмма на входе; U2 - график перед фильтром; Un - диаграмма на выходе выпрямителя.

Рассматриваемая схема представляет собой два совмещенных однополупериодных преобразователя - два раздельных источника, на которые приходится одна нагрузка. Результат работы такого устройства демонстрирует график перед фильтром, из которого следует, что в процессе его работы используются два полупериода. Преимуществами такой схемы являются:

1. Более высокий коэффициент полезного действия, чем у однополупериодного выпрямителя.
2. Удвоенная частота пульсаций на выходе выпрямителя.
3. Снижение “провалов” между импульсами, что делает возможным использование меньшей фильтрующей емкости.
4. На рисунке ниже представлена мостовая схема двухполупериодного выпрямителя.

Рисунок 3. Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Осциллограмма данной схемы практически не отличается от осциллограммы балансной схемы. Главное ее преимущество заключается в том, что не существует необходимости в использовании более сложного трансформатора. Выпрямители, реализованные при помощи полупроводникового диодного моста, нашли широкое применение в радиоэлектронике, например, в качестве источника слаботочных цепей и в электротехнике, например, в сварочных аппаратах, чей номинальный ток может достигать 500 ампер.

Самый существенный недостаток двухполупериодных выпрямителей заключается в том, что необходимо наличие трансформатора средней точкой во вторичной обмотке. Особенно данный недостаток проявляется в том случае, когда для схемы имеет значение высокая выходная мощность - стоимость и габариты трансформатора становятся определяющими факторами, поэтому такие выпрямители в основном используются в схемах с низким потреблением электрической энергии.

Расчет двухполупериодного выпрямителя без фильтра

Рассмотрим схему двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом без фильтра, работающего на противо-электродвижущей силы, схема которого представлена на рисунке ниже.

Рисунок 4. Схема двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом без фильтра. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В данном случае для расчета выпрямителя исходными данными являются угол отсечки (п/3), действующее значение напряжения сети (220 вольт), падение напряжения на диоде (0,7 вольт), сопротивление потерь (1,5 Ом), а также величина электродвижущей силы (12 вольт). Осциллограммы, рассматриваемого двухполупериодного выпрямителя без фильтра изображены на рисунке ниже.

Рисунок 5. Осциллограммы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Расчет выпрямителя начинается с определения электродвижущей силы вторичной обмотки трансформатора. Формула выглядит следующим образом:

$U2 = (E0 / (\/2 * cosa)) + Uпн$ вольт

где Е0 - величина электродвижущей слиы; а - угол отсечки; Uпн - падение напряжения.

Таким образом:

$U2 = (12 / (\/2*cos60)) + 0.7 = 17.7 $

Теперь можно рассчитать коэффициент трансформации, формула для расчета которого выглядит следующим образом:

$К = U1/U2$

где U1 - действующее значение напряжения сети.

Таким образом:

$К = 220 / 17,7 = 12,4$

Максимально допустимое среднее значение электрического тока диода рассчитывается по формуле:

$Iд = (U2 - E0) / rп$

где rп - сопротивление потерь в выпрямителе

Таким образом:

$Iд = (17,7 - 12) / 1,5 = 3,8 $ампер

Отсюда теперь возможно рассчитать электрический ток нагрузки, по формуле:

$Iн = 2*Iд = 2*3,8 = 7,6$ ампер

Максимально допустимое значение электрического тока диода рассчитывается следующим образом:

$Iдmax = (√2*U2 - E0) / rп = (√2*17,7-12) / 1,5 = 8,7$ ампер

Электрический ток диода, в составе рассматриваемого двухполупериодного выпрямителя без фильтра, изменяется по следующему закону:

$i = Iдmax*sin(wt) = 8.7*sin(v)$ ампер

Максимальное напряжение, которое возникает между анодом и катодом, рассчитывается по формуле:

$Uak = 2*√2*U2 = 2*√2*17.7 = 49$ вольт

Действующее значение электрического тока вторичной обмотки трансформатора рассчитывается следующим образом:

Рисунок 6. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Действующее значение электрического тока вторичной обмотки трансформатора рассчитывается следующим образом:

Рисунок 7. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ