1.4.3. Двухполупериодные однофазные выпрямители

Известны два варианта схем двухполупериодного од­нофазного выпрямителя: схема с выводом от среднего витка вторичной обмотки трансформатора и мостовая схема.

Схема выпрямителя с выводом от среднего витка вто­ричной обмотки показана на рис.1.8, а.

Рис.1.8. Схемы двухполупериодного однофазного выпрямителя (а– с выводом от среднего витка и б–мостовая) и временные диаграм­мы, поясняющие их работу (в–д)

Выпрямитель состоит из трансформатора Т, двух вентилей VD1 и VD2 и нагрузки R_Н. Аноды вентилей присоединены к концам вторичной обмотки (точки 1 и 2), а катоды – к общему узлу 3. Нагрузка включена между средним витком обмотки – нулевой точкой 0 и узлом 3. Эта схема эквивалентна двум схе­мам однополупериодного выпрямителя, вентили которых работают на общую нагрузку. Временные диаграммы напряжения между зажимами вторичной обмотки U₂, а также напряжения и токи в нагрузке U_d и I_d приведе­ны на рис. 1.8, в, д. Выпрямленные напряжения и ток состоят из положительных синусоидальных полуволн («+» со стороны катодов); если вентили перевернуть, т. е. анод и катод каждого вентиля поменять местами, то полярность выходного напряжения изменится на об­ратную.

При включении сетево­го напряжения U₁ на каждой половине вторичной обмот­ки возникает напряжение U₂. В первый полупериод, ког­да потенциал точки 1 является положительным относи­тельно вывода 0, ток i₂₁ протекает через вентиль VD1 нагрузку R_Н и возвращается к точке 1 через половину вто­ричной обмотки. В следующий полупериод полярность на концах обмотки меняется на обратную: диод VD1 за­крывается, а диод VD2 открывается. С этого момента про­водящим становится диод VD2 и через него начинает про­ходить ток i_22. Протекая по нагрузке, он замыкается через вторую половину вторичной обмотки. Таким образом, через сопротивление нагрузки R_Н поочередно протекают в одном и том же направлении токи i₂₁ и i₂₂. Эти токи будут одинаковыми, если схема симметрична. Выпрям­ленные напряжение и ток вдвое больше по величине, чем в схеме с однополупериодным выпрямлением:

; .

Из этих формул находим действующие значения на­пряжения и тока во вторичной обмотке трансформатора:

; .

Коэффициент пульсаций при двухполупериодном вы­прямлении вдвое меньше, чем при однополупериодном, а частота основной гармоники вдвое больше частоты электросети: q = U_1Г/U_d = 0,67; f_1Г = 2f_С. Рас­четная типовая мощность трансформатора

.

Из формулы следует, что для получения такой же выпрямленной мощности, как и в однополупериодной схе­ме, габаритные размеры трансформатора можно умень­шить почти в 2 раза.

Однофазная мостовая схема (рис.1.8, б) содержит трансформатор, ко вторичной обмотке которого присоеди­нен блок вентилей VD1 – VD4, связанный по схеме четырехплечего моста. Нагрузка включена во вторую диагональ моста (точки 3 и 4). Графики напряжения и тока во вто­ричной обмотке показаны на рис.1.8, г. Они синусоидаль­ны, если синусоидально напряжение электросети. Вре­менные диаграммы, поясняющие выпрямление, приведены на рис.1.8, д. Выпрямленные напряжение и ток по форме и величине аналогичны напряжению и току выпрямителя с выводом от среднего витка. Мостовая схема отличается только тем, что обратное напряжение на вентилях в 2 ра­за меньше по сравнению с предыдущей схемой. Кроме то­го, вторичная обмотка имеет меньше витков и не требу­ется делать вывод от среднего витка, что удешевляет и упрощает конструкцию. Важным фактором считается так­же возможность использования мостовой схемы без тран­сформатора в тех случаях, когда не требуется изменять величину выпрямленного напряжения по сравнению с се­тевым. Коэффициент пульсаций и частота пульсаций для обеих схем одинаковы (q = 0,67; f_П = 2f_С). Обе схемы двухполупериодного однофазного выпрямления широко применяются в выпрямителях мощностью до 1 кВт и на­пряжением от нескольких вольт до десятков тысяч вольт.