Неуправляемые выпрямители

1. Лекция №1

02.09.20

2. 2. Неуправляемые выпрямители

2.1. Однополупериодный выпрямитель
2.2. Мостовой выпрямитель
2.3. Применение фильтров

3. §2.1. Однополупериодный выпрямитель

Однополупериодный
и
мостовой
выпрямители
используют для преобразования синусоидального
напряжения
в
постоянное
(его
называют
выпрямленным).
Существуют однофазные и трехфазные выпрямители.
Однополупериодный
выпрямитель
состоит
из
трансформатора, диода и сопротивления нагрузки.
a
Диод
будем
считать
идеальным:
прямое
uд
Rн
сопротивление диода равно
u2
нулю,
а
обратное
uн
сопротивление
диода
бесконечно велико.
b

4. §2.1. Однополупериодный выпрямитель

Анализ работы выпрямителя
удобно
проводить
с
помощью
осциллограмм
(временных диаграмм).
Напряжение на вторичной
обмотке трансформатора:
u2 t U2m sin t
По осциллограмме видно, что
напряжение меняет знак в
течение периода. Удобнее
проводить
анализ
двух
промежутков
времени
отдельно.
u2
U2m
t
T/2
T
3T/2

5. §2.1. Однополупериодный выпрямитель

u2
U2m
0 < t < T/2
В этом промежутке времени
напряжение u2 > 0, то есть ja >
jb.
Диод будет смещен в прямом
направлении, то есть открыт.
В цепи будет протекать ток.
Сопротивление
идеального
диода равно нулю, rд.пр = 0.
Напряжение на диоде по uд
закону Ома также равно нулю:
uд.пр iпр rд.пр 0
t
T/2
T
3T/2
t

6. §2.1. Однополупериодный выпрямитель

Тогда по второму закону
Кирхгофа можно записать:
u2
U2m
u2 uн uд uн u2
Напряжение
на
нагрузке
повторяет u2.
Ток в нагрузке по закону Ома:
uн
iн iд
Rн
T
3T/2
t
uн
iн
t
uд
a
iд
u2
uн
b
T/2
Rн
iн
uд
t

7. §2.1. Однополупериодный выпрямитель

T/2 < t < T
В этом промежутке времени
напряжение u2 < 0, то есть ja <
jb.
Диод
будет
смещен
в
обратном направлении, то
есть закрыт.
Сопротивление
идеального
диода
возрастает
до
бесконечности, rд.обр = ∞.
Диод будет представлять
собой разрыв цепи, ток в ней
протекать не будет.
iд iн 0
u2
U2m
T/2
T
3T/2
t
uн
iн
t
uд
t

8. §2.1. Однополупериодный выпрямитель

По закону Ома напряжение в
нагрузке также равно нулю:
u2
U2m
uн iн Rн 0
По второму закону Кирхгофа
определяем напряжение на
диоде.
u2 uн uд uд u2
В следующем полупериоде
работа
выпрямителя
повторяет
работу
в
промежутке 0 < t < T/2
T/2
T
3T/2
t
uн
iн
t
uд
t

9. §2.1. Однополупериодный выпрямитель

Для оценки качества выпрямления рассчитаем основные
параметры однополупериодного выпрямителя.
1) Среднее выпрямленное напряжение (в нагрузке) Uн.ср
1
Uн.ср
T
T 2
2) Средний выпрямленный ток (в нагрузке) Iн.ср
Iн.ср.
U 2m
2 U2
0 u2dt 0,45 U2
Uн.ср.
Rн
U2 2
U2
0,45
Rн
Rн
3) Среднее значение тока диода Iд.ср
Iд.ср. Iн.ср.

10. §2.1. Однополупериодный выпрямитель

Основные параметры однополупериодного выпрямителя.
4) Максимальное обратное напряжение (в диоде) Uобр.max
Uобр.max U2m 2 U2
5) Коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке p
p
Um 1
Um 0
U
нmax
Uнmin
Uн.ср.
2 U
2m
2
Uн.ср.
1,57
2

11. §2.1. Однополупериодный выпрямитель

Недостатки однополупериодного выпрямителя по
сравнению с другими выпрямителями – большой
коэффициент пульсаций, малые значения выпрямленных
тока и напряжения.
Основным преимуществом такого выпрямителя является
его простота.
При выборе диода для применения в однополупериодном
выпрямителе необходимо знать среднее значение тока
диода Iд.ср и максимальное обратное напряжение Uобр.max.
Для надежной работы необходимо, чтобы диод обладал
по паспорту параметрами, на 30% превышающими
требуемые для работы в выпрямителе.
Iд пасп 1,3 Iд.ср.
Uобр пасп 1,3 Uобр.max

12. §2.2. Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель является одним из вариантов
схемы двухполупериодного выпрямителя.
Схема
мостового
выпрямителя
состоит
из
трансформатора, к вторичной обмотке которого
подключены 4 диода и сопротивление нагрузки. Диоды
включены по мостовой схеме.
a
Все диоды будем считать
VD1
VD4
идеальными:
прямое
u2
сопротивление
каждого
d VD3 VD2
c
диода
равно
нулю,
а
обратное
сопротивление
uн
b
диода бесконечно велико.
rд.пр 0
rд.обр
Rн

13. §2.2. Мостовой выпрямитель

Анализ работы выпрямителя
проводим
с
помощью
временных диаграмм.
Напряжение на вторичной
обмотке трансформатора:
u2 t U2m sin t
Анализ двух полупериодов
проводим отдельно.
U2m
u2
t
T/2
T
3T/2

14. §2.2. Мостовой выпрямитель

0 < t < T/2
В этом промежутке времени
напряжение u2 > 0, то есть ja >
jb.
a (+)
VD1
VD4
u2
d
VD3
c
VD2
uн
b (-)
Rн
iн
U2m
u2
t
T/2
T
3T/2

15. §2.2. Мостовой выпрямитель

U2m
0 < t < T/2
Ток протекает через диод VD1,
нагрузку и диод VD3.
Значит, диоды VD1 и VD3
открыты (смещены в прямом
направлении),
их
сопротивления равны нулю.
rд1 rд3 0
Напряжения на открытых
диодах также будут равны
нулю (по закону Ома).
uд
uд1 iпр rд1 0
uд3 iпр rд3 0
u2
t
T/2
1,3
T
3T/2
t

16. §2.2. Мостовой выпрямитель

0 < t < T/2
Диоды VD2 и VD4 смещены в
обратном направлении, т.е.
закрыты, их сопротивления
бесконечно велики.
rд2 rд 4
В закрытых
отсутствует.
диодах
iд2 iд 4 0
U2m
t
T/2
T
3T/2
ток
iд
Значит,
элементы,
через
которые
протекает
ток, uд
соединены
между
собой
последовательно.
iд1 iн iд3
u2
2,4
t
1,3
t

17. §2.2. Мостовой выпрямитель

0 < t < T/2
По второму закону Кирхгофа
можно записать:
U2m
u2
t
T/2
T
3T/2
u2 uд1 uн uд3 uн u2
a
VD1
VD4
u2
d
uн
VD3
VD2
iн
c
uн
b
Rн
iд
Ток в нагрузке по закону Ома:
iн
uн
Rн
uд
t
1,3
2,4
t
1,3
t

18. §2.2. Мостовой выпрямитель

U2m
0 < t < T/2
u2
a
t
VD1
VD4
u2
d
VD3
VD2
T/2
Напряжения
диодах:
uн
iн
на
Rн
закрытых
uд2 jb jc jb ja u2
uд 4 jd ja jb ja u2
iд
uд
t
1,3
2,4
t
1,3
t
При этом учитываем:
jc ja
3T/2
c
b
T
jd jb
2,4

19. §2.2. Мостовой выпрямитель

T/2 < t < T
В этом промежутке времени
напряжение u2 < 0, то есть ja <
jb.
a (-)
VD1
VD4
u2
d
VD3
VD2
U2m
t
T/2
T
3T/2
uн
iн
c
iд
b (+)
Rн
u2
uд
t
1,3
2,4
t
1,3
t
2,4

20. §2.2. Мостовой выпрямитель

U2m
T/2 < t < T
Ток протекает через диод VD2,
нагрузку и диод VD4.
Значит, диоды VD2 и VD4
открыты (смещены в прямом u
н
направлении),
их
сопротивления равны нулю.
rд2 rд 4 0
iд
Напряжения на открытых
диодах также будут равны
нулю (по закону Ома).
uд
u2
t
T/2
3T/2
iн
t
1,3
2,4
1,3
uд2 iпр rд2 0
uд4 iпр rд4 0
T
2,4
t
2,4
t

21. §2.2. Мостовой выпрямитель

T/2 < t < T
Диоды VD2 и VD4 смещены в
обратном направлении, т.е.
закрыты, их сопротивления
бесконечно велики.
rд1 rд3
В закрытых диодах ток
отсутствует.
iд 1 iд 3 0
Значит,
элементы,
которые
протекает
соединены
между
последовательно.
iд 2 i н i д 4
U2m
u2
t
T/2
T
3T/2
uн
iн
iд
через
ток, uд
собой
t
1,3
2,4
1,3
t
1,3
2,4
t
2,4

22. §2.2. Мостовой выпрямитель

T/2 < t < T
По второму закону Кирхгофа
можно записать:
U2m
u2
t
T/2
T
3T/2
u2 uд2 uн uд 4 =0 uн u2
a
VD1
VD4
u2
d
uн
VD3
VD2
c
Rн
iд
uн
b
iн
uд
t
1,3
2,4
2,4
1,3
t
1,3
2,4
t
Ток в нагрузке по закону Ома:
iн
uн
Rн
2,4

23. §2.2. Мостовой выпрямитель

U2m
T/2 < t < T
u2
a
t
VD1
VD4
u2
d
VD3
VD2
T/2
Напряжения
диодах:
uн
iн
на
Rн
закрытых
uд1 ja jc ja jb u2
uд3 jd jb ja jb u2
iд
uд
t
1,3
2,4
2,4
1,3
t
1,3
2,4
t
2,4
1,3
При этом учитываем:
jc jb
3T/2
c
b
T
jd ja

24. §2.2. Мостовой выпрямитель

Основные параметры мостового выпрямителя:
1) Среднее выпрямленное напряжение (в нагрузке) Uн.ср
Uн.ср
1
T 2
T 2
0
2 U 2m 2 2 U 2
0,9 U2
2) Средний выпрямленный ток (в нагрузке) Iн.ср
Iн.ср.
u2dt
Uн.ср.
Rн
2 2 U2
U2
0,9
Rн
Rн
3) Среднее значение тока диода Iд.ср
1
Iд.ср. Iн.ср.
2

25. §2.2. Мостовой выпрямитель

Основные параметры мостового выпрямителя:
4) Максимальное обратное напряжение (в диоде) Uобр.max
Uобр.max U2m 2 U2
5) Коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке p
p
Um 1
Um 0
2
0,67
3

26. §2.2. Мостовой выпрямитель

К достоинствам данного выпрямителя можно отнести
более высокие средние значения выпрямленных тока и
напряжения, чем в однополупериодном выпрямителе, и
меньший коэффициент пульсаций.
Недостаток – увеличение числа диодов в четыре раза.
Для работы в мостовом выпрямителе выбирают диоды с
идентичными паспортными данными. Выбор диода также
осуществляется по среднему значению тока диода Iд.ср и
максимальному обратному напряжению Uобр.max.
Паспортные параметры диодов должны на 30%
превышать требуемые для работы в выпрямителе.
Iд пасп 1,3 Iд.ср.
Uобр пасп 1,3 Uобр.max