Двухполупериодные выпрямители

Двухполупериодные схемы выпрямления бывают двух типов, схема c выведенной средней точкой вторичной обмотки трансформатора и мостовая схема.

а б

Рис. 4. Двухполупериодная схема с выводом

средней точки (а) и основные диаграммы (б)

Двухполупериодная схема с выводом средней точки (рис. 4а) состоит из трансформатора , вторичная обмотка которого имеет дополнительный вывод от средней точки, и двух диодов и . Данная схема представляет собой сочетание двух однополупериодных схем, работающих на общую нагрузку. В этой схеме в течение первого полупериода (интервал 0 ‑ p) диод будет открыт, так как к аноду диода приложен положительный потенциал с верхней точки вторичной обмотки трансформатора, а катод через нагрузку подключен к среднему выводу вторичной обмотки, который имеет отрицательный потенциал. Через нагрузку будет проходить ток первого диода (см. рис. 4а). На этом же отрезке времени к диоду будет приложено обратное напряжение (с другой половины вторичной обмотки трансформатора) и он окажется закрытым. В течение следующего полупериода (интервал p ‑ 2p) прямое напряжение окажется приложенным ко второму диоду, а обратное - к первому диоду, поэтому открытым будет диод и по нагрузке проходит ток.

Таким образом, ток в нагрузке в течение всего периода переменного напряжения протекает в одном и том же направлении. Этот ток вызывает на нагрузке пульсирующее напряжение .

Основные параметры схемы:

· Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке за период будет в 2 раза больше, чем при однополупериодном выпрямлении, и тогда с учетом (2)

,

где действующее значение напряжения на одной из полуобмоток трансформатора.

· Среднее значение выпрямленного тока:

. (7)

· Максимальное обратное напряжение на диоде, например, на , определяется максимальным напряжением между концами вторичной обмотки, так как к аноду диода приложено напряжение верхнего конца вторичной обмотки, в данный момент отрицательное, а к катоду, через диод ,который проводит ток, приложено положительное напряжение нижнего конца вторичной обмотки. Используя (7), получим

.

Следовательно, в двухполупериодной схеме максимальное обратное напряжение на диоде более чем в 3 раза превышает выпрямленное напряжение.

Если в данной схеме ток через каждый диод проходит только в течение половины периода, то в это же время через нагрузку он идет в течение всего периода. Это означает, что среднее значение тока через диод в 2 раза меньше, чем среднее значение тока через нагрузку .

· Действующее значение токов, проходящих через первичную и вторичную обмотки трансформатора:

, .

· Максимальное значение тока вентиля:

.

· Среднее значение тока через диод равно половине тока нагрузки, так как в схеме поочередно проводят ток два вентиля:

.

· Действующее значение тока вентиля:

.

· Мощности обмоток трансформатора:

Для первичной обмотки:

,

где .

Для вторичной обмотки:

.

· Расчетная мощность трансформатора:

.

· Коэффициент пульсаций:

.

Из временных диаграмм (рис. 4б ) видно, что напряжение на нагрузке достигает максимума дважды за период напряжения сети. Поэтому частота основной гармоники пульсирующего напряжения равна удвоенной частоте напряжения сети.

Для двухполупериодной схемы коэффициент пульсаций k = 0,67, следовательно, рассмотренная схема дает более cглаженное выпрямленное напряжение, чем однополупериодная.

Сердечник трансформатора в схеме двухполупериодного выпрямления не подмагничивается, так как во время четных полупериодов постоянная составляющая тока, проходя по нижней части вторичной обмотки трансформатора, размагничивает сердечник трансформатора, который намагнитился во время нечетных полупериодов. Ток первичной обмотки несинусоидален. Так как для получения выпрямленного напряжения необходим трансформатор со средним выводом вторичной обмотки, и каждая из половин вторичной обмотки работает только полпериода, то вторичная обмотка в этой схеме выпрямления используется не полностью, и коэффициент использования обмоток трансформатора ниже.

Сравнивая двухполупериодную схему выпрямления с однополупериодной, можно сделать следующие выводы:

· среднее значение тока диода уменьшается в 2 раза при одном и том же токе нагрузки;

· меньше коэффициент пульсаций (0,67);

· лучше используется трансформатор;

· обратное напряжение в обоих схемах одинаково.

Однако есть и недостатки: необходимость вывода средней точки вторичной обмотки трансформатора, а также наличие двух диодов вместо одного.

Мостовая схема.

Рис. 5. Принципиальная схема мостового выпрямителя

Пусть в некоторый момент времени переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора таково, что потенциал точки Авыше потенциала точки В. Тогда от точки А(«+» источника напряжения) ток будет проходить через диод к точке Г, далее через нагрузку к точке Би через диод к точке В(«-» источника напряжения). В течение следующего полупериода, когда потенциал точки Ввыше потенциала точки А, ток от точки Вбудет проходить через диод , нагрузку и диод к точке А. Для первого полупериода направление тока показано сплошными стрелками, для второго полупериода направление тока показано пунктирными стрелками. В любой полупериод ток через нагрузку проходит в одном направлении.

Временные диаграммы мостовой схемы совпадают с диаграммами двухполупериодной схемы. Для мостовой схемы (при активной нагрузке) справедливы соотношения:

· Среднее значение выпрямленного напряжения:

.

· Максимальное обратное напряжение на вентилях:

. (8)

· Максимальное значение тока вентиля:

.

· Среднее значение тока вентиля:

.

· Действующие значения токов, проходящих через вентили и обмотки трансформатора:

; ; .

· Коэффициент пульсаций:

.

Выпрямленный ток в данной схеме, в отличие от двухполупериодной схемы со средней точкой, протекает во вторичной обмотке в течение обоих полупериодов то в одном, то в другом направлении, поэтому отсутствует намагничивание сердечника трансформатора. Это позволяет уменьшить размеры и массу трансформатора.

Когда диод не проводит ток, к его аноду приложен положительный потенциал с верхнего конца вторичной обмотки, а к катоду через открытый диод приложен отрицательный потенциал нижнего конца вторичной обмотки. Таким образом, в непроводящем направлении диод оказывается под напряжением вторичной обмотки трансформатора (8).

Т.е. обратное напряжение на мостовой схеме в 2 раза меньше, чем в двухполупериодной со средней точкой.

Преимущества мостовой схемы выпрямителя перед схемой со средней точкой:

· обратное напряжение, прикладываемое к неработающим диодам, в 2 раза меньше;

· конструкция трансформатора проще, так как не требуется вывода средней точки вторичной обмотки;

· возможность применения схемы без трансформатора, когда напряжение сети соответствует напряжению, которое должно быть приложено к мосту;

· габариты и масса трансформатора меньше вследствие лучшего использования обмоток.

Недостатком мостовой схемы следует считать наличие четырех диодов по сравнению с двумя диодами в схеме со средней точкой.

Дата добавления: 2014-11-29