“Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники”
Кафедра защиты информации
РЕФЕРАТ
на тему:
«Явление перекрытия фаз. Выпрямители однофазной цепи переменного тока»
МИНСК, 2009

Явление перекрытия фаз

Рисунок 1
Можно убедиться, что в интервале времени  ток в нагрузку поставляется заканчивающей работу фазой А и начинающей работу фазой В. В силу симметрии схемы тот же процесс повторяется и на границе окончания работы фазы В и начала работы фазы С:

Рисунок 2
Обращаясь к эквивалентной схеме, напряжение на нагрузке как функцию времени можно найти как полусумму следующих электрических взаимодействий:
+                                                         (1)
                                            (2)
в т.  выполняется равенство:
                                          (3)
откуда следует:
                                                                              (4)
В конечном счете угол перекрытия фаз  определяется формулой:
                                                            (5)
Суммируя проведенные рассуждения с учетом неизменности токов в нагрузке можно придти к выводу, что в рассмотренном случае в интервале перекрытия фаз  ток в нагрузке изменяется по косинусоидальному закону. В фазе, закончив работу, - линейно спадает, а в фазе, начинающей работу, - линейно возрастает.

Рисунок 3
Можно показать что в случае комплексного сопротивления фазы т.е. при наличии индуктивности рассеяния трансформатора имеет место одновременная работа смежных фаз в некотором интервале перекрытия. Причем форма токов в фазах и напряжение на выходе видоизменяются, см рисунок 4

Рисунок 4
Из рассмотрения временных диаграмм для напряжения на выходе выпрямителя видно, что явление перекрытия фаз имеет в целом негативный характер:
- уменьшается среднее значение выходного сопротивления;
- раздробляется пульсация;
- увеличивается коэффициент пульсации;
- работающие одновременно фазы рассеивают мощность на своих активных сопротивлениях (внутри), что приводит к уменьшению КПД.
Схемы выпрямителей для однофазной цепи переменного тока
Однофазная сеть – распр. (пере….) источником питания устройств малой и средней мощности Вт.
При больших мощностях используется 3-х фазная сеть переменного тока.
На практике используется ВУ различной степени сложности. Отличаются они как качеством выпрямленного напряжения, так и требованиям к вентилям и трансформатору, массогабаритными размерами, стоимостью, надёжностью, простотой.
Выбор того или иного варианта схемы выпрямления в каждом случае должен производится на основе учета требований ТЗ на разработку, обеспечиваемых схемой характеристик путем компромиссного разрешения технических противоречий.
Однополупериодный выпрямитель

Рисунок 5
                                                                      (6)
                                                                                         (7)
Из формулы следует, что напряжение на выходе схемы в  раза меньше, чем на выходе трансформатора.
                                                                                    (8)
 - действующее значение                                                 (9)
                                                                              (10)
                                                                      (11)
Зная максимальный ток, находим
                                                                                (12)
Надо определить действующее значение тока:

                                        (13)
                                                        (14)
,                                (15)
где ,  - мощность во 2-й обмотке трансформатора
Так как мощность 2 обмотки более чем в 3 раза больше мощности, отдаваемой в нагрузку, следует считать, что трансформатор используется не полностью.
Коэффициент использования мощности во 2-й обмотке:
                                                                (16)
Для отыскания электромагнитной мощности в 1 обмотке трансформатора необходимо найти .
                                                   (17)
                                               (18)
Теперь находим
                                                     (19)
                                                                     (20)
Габаритная мощность трансформатора:
                                                      (21)
Габаритная мощность трансформатора более чем в 3 раза превышает мощность, передаваемую в нагрузку - трансформатор используется плохо.
Как видно из временной диаграммы пульсация на выходе ВУ имеет вид периодической, но не гармонической функции, и из временной диаграммы можно установить, что:
                                                          (22)
Тогда сама амплитуда
                                                                    (23)
                                                      (24)
                                                            (25)
f пульсации первой гармоники совпадает с f сети:
                                                                         (26)
У схемы однополупериодного выпрямителя показатели низкие.
Низкочастотные пульсации труднее сгладить, чем высокочастотные, так как требуются большие ёмкости и индуктивности фильтров (растут стоимость, габариты выпрямителей).
Таким образом, по всем электрическим показателем рассмотренная схема имеет существенные недостатки.
Достоинства:
- её предельная простота, 1 вентиль;
- работа без трансформатора;
- использование всего 1 радиатора в мощных устройствах;
- малое количество элементов;
- низкая стоимость;
- надежность.
На практике данная схема имеет сравнительно ограниченное применение. При активных нагрузках (в низкокачественных выпрямителях) и ёмкостных (в маломощных источниках опорных напряжений).
Таблица 1. Параметры работы однополупериодного выпрямителя при активной и емкостной нагрузках

(активная нагрузка)	(емкостная нагрузка)

Более совершенно является двухполупериодная схема выпрямителя.
Двухполупериодная схема выпрямителя со средним отводом от 2 обмотки трансформатора.

Рисунок 6
Таблица 2. Параметры схемы для трёх видов нагрузки
Достоинства схемы:
- более чем в 2 раза меньше значение коэффициента пульсаций и удвоенная её частота по сравнению с однополупериодной схемой;
- отсутствие намагниченности в сердечнике трансформатора;
- лучше использовать габаритную мощность трансформатора;
- возможность конструктивных размещений мощных вентилей на одном радиаторе;
- минимальное из всех двухполупериодных схем количество вентилей (два).
Недостатки схемы:
- большое обратное напряжение (как и в однополупериодной схеме);
- большой максимальный ток через вентиль;
- наличие отвода от средней точки 2-й обмотки;
- растёт расход проводов по сравнению с мостовой схемой.
Двухполупериодная мостовая схема выпрямления:

Рисунок 7
Для изменения полярности на нагрузке необходимо все диоды в мосте перевернуть.
Схема используется на все виды нагрузок:

а)                                   б)                                            в)
Рисунок 8
Мостовая схема является более совершенной, чем двухполупериодная схема выпрямителя со средним отводом от 2 обмотки.

Таблица 3. Характерные параметры мостовой схемы выпрямления

Параметры

Достоинства:
- в 2 раза меньше обратное напряжение, чем в однополупериодной схеме и схеме со средней точкой;
- отсутствует 2-я полуобмотка выхода в трансформаторе и средний отвод от вторичной обмотки;
- лучше используется трансформатор.
В остальном схема полностью эквивалентна схеме со средним отводом от 2-й обмотки трансформатора.
Недостатки:
- большое число вентилей;
- невозможность размещения вентилей на одном радиаторе;
- низкая надёжность, высокая стоимость, масса, габариты.
Во многих случаях желательно использовать низковольтные трансформаторы при необходимости получения большого напряжения на выходе трансформатора. При этом оказывается целесообразным применение схемы выпрямителя с умножителем напряжения.

ЛИТЕРАТУРА
1.                Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. - Изд. 3-е, перераб. и доп.-Мн: Высшая школа, 200
2.                Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Под ред. А.Я.Шихина: Учебник. – М.: Энергоиздат, 200– 336 с.
3.                Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Три Л, 2000. – 400 с.
4.                     Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. – М.: Альтекс а, 2002. –191 с.