Двухполупериодный выпрямитель, принцип действия, коэффициент пульсации выпрямленного тока.

v Однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой

Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя с нулевой точкой представлена на рис. 12. Вторичная обмот­ка трансформатора в данной схеме имеет выведенную нуле­вую точку 2, поэтому диоды VD 1 и VD 2 питаются вторич­ными напряжениями и₁₂ и u ₃₂ , сдвинутыми по фазе на 180° относительно друг друга. Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой можно рассматривать как два однополупериодных выпрямителя, работающих поочерёдно на общую нагрузку R_H .

Рис.12. Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя с нулевой точкой 2

В этой схеме каждый из диодов проводит ток только в те­чение той части периода, когда анод имеет более высокий потенциал относительно катода, в этом случае диод открыт.

За период входного напряжения u ₁ или вторичного напря­жения u ₂ в один полупериод диод VD 1 проводит ток i ’₂, а в другой полупериод - проводит ток i "₂ диод VD 2.

В результате временные диаграммы токов и напряжений двухполупериодного выпрямителя приобретают вид, пред­ставленный на рис. 13.

Рис. 13. Временные диаграммы токов и напряжений двухполупериодной выпрямительной схемы с нулевой точкой.

Кривую выпрямленного тока i_H , протекающего в цепи на­грузки, разложим в гармонический ряд Фурье:

где I_m - максимальное значение выпрямленного тока.

Среднее значение вы­прямленного тока:

При этом частота первой (основной) гармоники для двух­полупериодного выпрямителя равна удвоенной частоте на­пряжения на входе трансформатора (сети). Все другие (выс­шие) гармонические составляющие имеют более высокие частоты, кратные основной частоте, а их амплитуды умень­шаются по мере повышения частоты гармоники.

Пульсация тока при двухполупериодном выпрямлении значительно уменьшается, так как коэффициент пульсаций в данном случае:

где - амплитуда основной гармоники выпрямленного тока во втором слагаемом ряда Фурье.

Среднее значение тока нагрузки складывается из средних значений токов вентилей VD 1 и VD 2, поэтому среднее значе­ние тока через диод:

Максимальное значение тока диода:

Максимальное обратное напряжение диода равно макси­мальному напряжению на вторичной полуобмотке транс­форматора U_{m 2} ,поэтому его значение:

Действующее значение вторичного тока I ₂ можно рассчи­тать с учётом того, что во вторичной обмотке трансформато­ра ток протекает в течение всего периода. Действующее значение тока во вторичной полу­обмотке трансформатора:

тогда

Действующее значение напряжения на вторичной полуобмотке трансфор­матора:

Полученные соотношения показывают, что эффективность однофазного двухполупериодного выпрями­теля значительно выше, чем однополупериодного, поэтому он нашел широкое использование в схемах ИВЭ.

v Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель

Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель представлен на рис. 14. Диоды VD 1 - VD 4 соединены по схеме моста: катоды диодов VD 1, VD 4 объединены, а общая точка присоединена к одному полюсу нагрузки, аноды диодов VD 2, VD 3 также объединены и присоединяются к друго­му полюсу нагрузки. Общие точки анода VD \ и катода VD 2, а также катода VD 3 и анода VD 4 присоединяются к выводам вторичной обмотки трансформатора TV . При присоединении трансформатора к сети на вторичной обмотке появляется си­нусоидальное напряжение и₂. При этом в течение нечётных полупериодов ток протекает в цепи - вентиль VD 1, сопротивление на­грузки R_H и вентиль VD 3, а в течение чётных полупериодов в цепи - вен­тиль VD 4, нагрузке R_H и вентиль VD 2. Причём в любой полу­период ток в цепи нагрузки протекает в одном и том же на­правлении.

Рис. 14. Мостовая схема однофазного двухполупе­риодного выпрямителя пе­ременного тока.

Временные диаграммы токов и напряжений мостового двухполупериодного выпрямителя приведены на рис. 15.

Рис. 15. Временные диаграммы токов и напряжений для двухполупериодной выпрямительной мостовой схемы: i ₁ - i ₄ - мгновенные токи через 1 - 4 диоды.

При сравнении временных диаграмм токов и напряжений рассматриваемых двухполупериодных схем (мостовой и с нулевой точкой, рис. 13), можно видеть, что выпрямленные ток и напряжение на нагрузке изменяются по одному закону, поэтому коэффициент пульсаций в мостовой схеме будет оп­ределяться так же, как и в схеме с нулевой точкой.

Среднее значе­ние тока в цепи диодов:

Максимальное значе­ние тока в цепи диодов:

Амплитудное обратное напряжение диода:

Так как ток во вторичной обмотке трансформатора в мос­товой схеме изменяется в течение периода по синусоидаль­ному закону, его действующее значение:

Действующее значение напряжения во вторичной обмотке трансформатора:

В мостовой схеме к запертым диодам прикладывается меньшее обратное напряжение.

Однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель широко используется в источниках вторичного питания.