5.1.2. Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой
Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой содержит два вентиля (диода) VD1 иVD2 (рис. 5.4) и использует трансформатор, имеющий вывод средней точки вторичной обмотки (СОМ). НагрузкаRHподключается между общей точкой диодов и средней точкой вторичной обмотки трансформатора.
Рис. 5.4. Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой
Напряжения на противоположных концах вторичной обмотки, измеряемые относительно средней точки, находятся в данной схеме в противофазе, т.е. когда, например, на верхнем выводе положительная полуволна напряжения, то на нижнем – отрицательная и наоборот. В результате, когда открыт вентиль VD1, вентильVD2 закрыт, а когда вентильVD1 закрыт, вентильVD2 открыт. Таким образом, через нагрузку ток протекает в течение обоих полупериодов подводимого напряжения и поэтому такой выпрямитель называется двухполупериодным. Работа двухполупериодного выпрямителя со средней точкой иллюстрируется рис. 5.5.
Ряды Фурье для выпрямленных напряжения URн(t) и токаiRн(t) имеют следующий вид:
Здесь
U2m
– максимальное (амплитудное) значение
напряжения вторичной обмотки, измеряемое
между одним из концов вторичной обмотки
и ее средней точкой,
– максимальное значение тока нагрузки.
Как видно из диаграммы и как это следует из приведенных формул, среднее значение выпрямленного напряжения здесь в 2 раза больше, чем в однополупериодной схеме:
U0= 2U2m / π (5.5)
Рис. 5.5. Временные диаграммы токов и напряжений в двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой
Максимальное обратное напряжение, которое должен выдерживать каждый вентиль в закрытом состоянии, в данной схеме равно:
UОБРm = 2U2m (5.6)
Коэффициент пульсации, рассчитываемый аналогично (5.3), равен:
kп= 2/3 = 0,66 (5.7)
Он в два с лишним раза меньше, чем в однополупериодной схеме выпрямления.
По сравнению с однополупериодным выпрямителем данный выпрямитель позволяет в 2 раза увеличить мощность, отдаваемую в нагрузку, без увеличения установочной (габаритной) мощности трансформатора.
5.1.3. Однофазная мостовая схема выпрямления
Двухполупериодный режим работы выпрямителя можно реализовать с трансформатором без средней точки вторичной обмотки в так называемой мостовойсхеме, рис. 5.6.
Схема состоит из четырех вентилей VD1 –VD4, образующих выпрямительный мост. Одна диагональ моста (АС) подключается к вторичной обмотке трансформатора, а ко второй диагонали (BD), с которой снимается выпрямленное напряжение, подключается нагрузкаRн.
Pис. 5.6. Однофазная мостовая схема выпрямления
Когда на верхнем конце вторичной обмотки трансформатора действует положительное напряжение относительно нижнего конца (обозначенное на рисунке знаками + и – без скобок), вентили VD1 иVD3 открыты, т.к. к их анодам прикладывается положительное напряжение относительно катодов и через них протекает ток по цепи:А–VD1 –В–Rн –D–VD3 –C. В этот же период времени вентилиVD2 иVD4 закрыты.
Когда напряжение на вторичной обмотке меняет свою полярность (на рисунке она указана знаками + и – в скобках), вентили VD1 иVD3 закрываются, а вентилиVD2 иVD4 открываются. Ток в этом случае течет по новой цепи:С–VD2 –В–Rн –D–VD4 –А. Как видно из данной последовательности, направление тока в нагрузкеRн остается неизменным:В–Rн –D. Таким образом, в мостовой схеме реализуется двухполупериодное выпрямление, при котором ток в нагрузке течет в неизменном направлении в течение обоих полупериодов переменного входного напряжения, рис. 5.7.
Данная схема выпрямления имеет более простой, а значит, более дешевый трансформатор, а обратное напряжение, прикладываемое к вентилю, в 2 раза ниже, чем в схеме двухполупериодного выпрямления со средней точкой. Недостатком мостовой схемы является необходимость применения удвоенного количества вентилей, которые включаются попарно-последовательно с нагрузкой в проводящий полупериод. Это приводит к снижению КПД, которое особенно заметно в низковольтных выпрямителях.
Рис. 5.7. Временная диаграмма токов и напряжений в мостовой схеме выпрямления