Однотактной двухполупериодной схеме выпрямления

(схеме со средней точкой)

Эта схема (рис. 4.4, а) представляет собой сочетание двух схем однополупериодных выпрямителей, работающих на общую активную нагрузку.

При положительной полуволне напряжения, когда потенциал точки а будет положительным, а потенциал точки б – отрицательным, диод VD 1 будет открыт и ток протекает через диод VD 1, резистор нагрузки R_d и верхнюю половину вторичной обмотки трансформатора в направлении, показанном сплошными стрелками. Диод VD 2 в это время закрыт, ток через него не течет, поскольку к нему приложено обратное напряжение.

При отрицательной полуволне напряжения, когда потенциал точки б становится положительным, а точки а – отрицательным, VD 2 открывается, а VD 1 закрывается и ток течет через диод VD 2, нагрузку R_d и нижнюю половину вторичной обмотки трансформатора в направлении, показанном пунктирными стрелками. Диод VD 1 в это время находится под обратным напряжением. Таким образом, через нагрузку протекают токи в одном и том же направлении в течение обеих полуволн (положительной и отрицательной) питающего напряжения.

В силу принятых ранее допущений, можно считать, что форма выпрямленного напряжения на работающих половинках вторичной обмотки трансформатора, т.е. график u_d является огибающей положительных полусинусоид графиков u ^¢ ₂ и u ^{¢ ¢} ₂.

В каждую полуволну напряжения u ₂ по половинам вторичной обмотки трансформатора, диоду и нагрузке протекают равные между собой токи, т.е. i^¢ ₂= i_{VD 1}= i^¢ _d и i^{¢ ¢} ₂= i_{VD 2}= i^{¢ ¢} _d, причем ток i_d = i^¢ _d + i^{¢ ¢} _d в идеализированной схеме определяется только сопротивлением нагрузки и равен u_d / R_d. В силу этого токи i^¢ ₂ и i^{¢ ¢} ₂, протекающие по половинам вторичной обмотки трансформатора, имеют в каждый момент времени такие направления, при которых постоянные составляющие этих токов создают встречно направленные магнитные потоки. Поэтому вынужденное подмагничивание магнитопровода трансформатора в данной схеме отсутствует (рис. 4.4, б).

Рассмотрим более подробно форму графика u _обр.. Каждую половину периода один из диодов схемы закрыт и к его электродам приложено обратное напряжение, которое определяется разностью потенциалов между анодом и катодом этого диода.

В первую половину периода (рис. 4.4, а) закрыт VD 2. Потенциал его анода равен отрицательному потенциалу точки б, который определяется отрицательной полусинусоидой u ₂ ^² . Катод диода VD 2 в это время имеет положительный потенциал точки а (положительная полусинусоида u ₂ ^¢ ), поскольку открыт VD 1, и падение напряжения на нем в идеализированной схеме равно нулю.

Таким образом, в течение первого полупериода диод VD 2 находится под обратным напряжением, равным разности потенциалов между концами вторичной обмотки трансформатора (точки а и б), и максимальное значение этой разности потенциалов равно удвоенному амплитудному значению напряжения одной из половин вторичной обмотки, т.е.

U _{обр. мах} =2 U _{2 m},

что иллюстрирует нижний график (рис. 4.4, б).

Аналогично, во втором полупериоде изменения напряжения u ₂ под таким же большим напряжением окажется диод VD 1.

Большие величины обратных напряжений на вентилях требуют использования добротных (а, значит, и более дорогих) вентилей, что является недостатком данной схемы выпрямления.

График выпрямленного напряжения u_d и выпрямленного тока i_d данной схемы показан на рис. 4.4, б, из которого видно, что импульсы напряжения и тока в нагрузке двухполупериодного выпрямителя имеют место во время каждого полупериода, тогда как в однополупериодной схеме выпрямления (см. рис. 4.3, а) – только в течение одного полупериода.

Рисунок 4.4 - Двухфазный однофазный выпрямитель:

а – электрическая схема; б – диаграммы напряжений и ток

При одинаковых амплитудах напряжения и тока вторичной обмотки U _{2 m} и I _{2 m} постоянные составляющие выпрямленного напряжения U_d и тока I_d будут в два раза больше, чем при однополупериодном выпрямлении, т.е.

,

откуда . (4.28)

Остальные коэффициенты и параметры, характеризующие данную схему выпрямления, приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Основные параметры выпрямителей с активной нагрузкой

Преимущества данной схемы по сравнению с однополупериодной перечислены ниже.

1. Значительно уменьшаются габаритные размеры и масса трансформатора (вследствие отсутствия подмагничивания материала магнитопровода).

2. Амплитудное значение тока через диод вдвое меньше.

3. Значительно уменьшаются габариты и масса сглаживающего фильтра (вследствие увеличения вдвое основной частоты пульсаций первичной гармоники, т.е. f ₁=2 f_c, и уменьшения более чем в два раза, коэффициента пульсации).

Недостатками схемы являются:

1) необходимость вывода средней (нулевой) точки вторичной обмотки трансформатора;

2) наличие в схеме двух диодов вместо одного.

3) высокое обратное напряжение на диодах, что требует применения добротных вентилей.