Однополупериодное выпрямление
На рисунок 5.5, а и б показаны простейшие схемы с одним электронным или полупроводниковым диодом, включенным последовательно с нагрузкой (резистор r).
Рисунок 5.5 Однополупериодное выпрямление: а) – электронный диод;
б) – полупроводниковый диод; в) – выпрямленный ток.
Если обратный ток диода равен нулю, ток проходит через резистор только в течение положительных полупериодов переменного напряжения, подведенного к цепи с выпрямителем; в этом случае выпрямленный ток получается прерывистым.
Графический способ нахождения выпрямленного тока показан на рисунке 5.5, в. Здесь i(uД) - характеристика диода; i(uД) - характеристика линейного резистора; i(и) - характеристика цепи. Характеристику диода прежде часто называют статической, характеристику цепи - динамической.
Сопротивление диода, определяемое крутизной характеристики, не является постоянной величиной. Однако для упрощения расчета характеристика часто заменяется прямой, проходящей через начало координат и точку, соответствующую максимальному току диода. При таком допущении сопротивление диола Ri постоянно и характеристика
цепи линейна. Результат расчета получается достаточно точным, так сак фактическая характеристика цепи, покаянная на рисунке 5.5, в, близка к прямой (когда r>˃ Ri ).
В ряде случаев сопротивление диода прямому току принимается равным нулю; при этом диод рассматривается как идеальный с характеристикой, изображенной на рисунке 5.3. Очевидно, диод с постоянным сопротивлением можно рассматривать как последовательное соединение деального диода и линейного сопротивления Ri (первая строка таблицы 5.1).
|
|
|
Характеристика идеального газоразрядного диода пред- тавляется ломаной прямой, приведенной во второй строке таблицы 5.1. Там же показана схема замещения, состоящая из деального источника э. д. с. и идеального диода, э. д. с., равная напряжению, на которое прямолинейная характеистика газоразрядного прибора смещена вправо от оси ординат, направлена в схеме замещения противоположно току.
Если к цепи, состоящей из диода и нагрузки r, соединен- ых последовательно, приложено синусоидальное напряжение
то при сделанном допущении, что Ri = const, ток представляет собой периодическую несинусоидальную функцию в виде положительных полуволн синусоиды (рисунок 5.6):
при 
и
при 
где
здесь угол (at = п, после которого ток до конца цикла равен нулю, называется углом отсечки.
Постоянная составляющая тока (средний ток)
Действующий ток
Таким образом, если последовательно с нагрузкой включить амперметр, то показание прибора в зависимости от его системы будет равно 1т/π (магнитоэлектрическая система) или 1т/2 (электромагнитная система).
|
|
|
Тот же результат получится, если к линейному сопротивлению
Ri + r подвести периодическое несинусоидальное напряжение, имеющее вид непрерывно следующих друг за другом положительных полуволн -
где n – четные числа.
При чисто активной нагрузке кривая тока повторяет кривую напряжения. Следовательно,
Первое слагаемое ряда - постоянная составляющая тока, остальные слагаемые представляют собой гармоники тока
Первая гармоника тока имеет частоту источника питания; в данном случае ее амплитуда равна действующему значению суммарного тока. Амплитуды остальных гармоник быстро убывают.
Активная мощность, подводимая к выпрямителю и нагрузке, равна:
Так как напряжение, подведенное к выпрямителю с нагрузкой, синусоидально, а ток в цепи несинусоидален, то активная мощность на выводах цепи не равна полной мощности:
То обстоятельство, что коэффициент мощности:
меньше единицы, объясняется наличием не реактивной мощности, а мощности искажения. Реактивная мощность на выводах цепи равна нулю, так как основная гармоника тока совпадает по фазе с синусоидальным напряжением, подводимым к цепи.
|
|
|
Мощность искажения, обусловленная различием форм кривых тока и напряжения, равна:
Выпрямление требуется для получения на выводах нагрузки постоянного напряжения и постоянного тока. Поэтому полезная мощность, отдаваемая нагрузке, условно определяется мощностью постоянных составляющих:
С уменьшением Ri/r сокращается доля потери мощности в сопротивлении диода и при Ri/r > 0 коэффициент стремится к предельному значению 40,5%. Дальнейшее повышение эффективности выпрямления достигается с помощью сглаживающих фильтров, увеличивающих постоянную составляющую тока в нагрузке и уменьшающих гармоники в нагрузке.
Максимальное напряжение на диоде в интервале, когда диод закрыт, называется максимальным обратным напряжением. При отсутствии сглаживающего фильтра и противо-э. д. с. в нагрузке максимальное значение обратного напряжения на диоде равно амплитудному Диод должен иметь достаточную электрическую прочность, чтобы выдерживать это напряжение.
То обстоятельство, что при однополупериодном выпрямлении используется только один полупериод, когда диод открыт, приводит к сильной «пульсации» тока. Этот недостаток в значительной мере устраняется двухполупериодным выпрямлением.
|
|
|
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 286; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!