Двухполупериодная (двухфазная) схема выпрямления с нулевым проводом

Схема двухполупериодного выпрямителя (см. рисунок 12) представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей, работающих на общую нагрузку. В первый полупериод, когда потенциал точки а (рисунок 12,а) будет положительным, а потенциал точки b — отрицательным, диод VD_l будет открыт и ток протекает через VD₁ в нагрузку R_н и верхнюю половину вторичной обмотки в направлении, показанном сплошными стрелками, Диод VD₂ в это время закрыт, ток через него не течет и он находится под обратным напряжением (рисунок 12,а). В следующий полупериод, когда потенциал точки b становится положительным, а точки а — отрицательным, VD₂ открывается, a VD₁ закрывается и ток течет через диод VD₂, нагрузку R_H и нижнюю половину вторичной обмотки в направлении, показанном пунктирными стрелками. Диод VD₁ в это время находится под обратным напряжением. Таким образом, через нагрузку протекает ток в одном и том направлении в течение всего периода.

Рисунок 12 – Двухполупериодная схема выпрямления (а), диаграммы напряжений и токов (б)

 

В идеализированной схеме отсутствуют потери в диодах трансформаторе, поэтому форма выпрямленного напряжения повторяет форму напряжения на работающих половинах вторичной обмотки трансформатора, другими словами, график u₀ является огибающей положительных полусинусоид графиков u'₂ и u"₂ (рисунок 12, б).

В каждый полупериод u₂ по половине вторичной обмот­ки трансформатора, диоду и нагрузке протекают равные между собой токи, т.е. u'₂ =i_VD1 = i₀ и u"₂ =u_VD2=i₀, причем ток в идеализированной схеме определяется только сопро­тивлением нагрузки и равен u₀/R_Н.

Как следует из рисунка 12, а, токи i'₂ и i"₂, протекающие по половинам вторичной обмотки трансформатора, имеют такое направление, при котором постоянные составляющие этих токов создают встречно направленные магнитные потоки. Поэтому вынужденное подмагничивание магнитопровода трансформатора в двухполупериодной схеме выпрямления отсутствует.

Форма графика u_ОБР требует дополнительных пояснений. Каждую половину периода один из диодов схемы закрыт и к его электродам приложено обратное напряжение, которое равно разности потенциалов между анодом и катодом этого диода. В первую половину периода закрыт VD₂. Потенциал его анода равен отрицательному потенциалу точки b, который определяется отрицательной полусинусоидой u₂. Катод диода VD₂ в это время имеет положительный потенциал точки а (положительная полусинусоида u'₂), поскольку открыт VD₁ и падение напряжения на нем в идеализированной схеме равно нулю (рисунок 12,а). Таким образом, в течение первого полупериода диод находится под обратным напряжением, равным разности потенциалов между концами вторичной обмотки трансформатора (точки а и b), и максимальное значение этой разности потенциалов равно удвоенному амплитудному значению напряжения одной из половин вторичной обмотки,

U_обр.и.п=2U_2m

Рисунок 13 – Вычисление среднего и действующего напряжения и тока в двухполупериодной схеме выпрямления

 

Основные параметры. График выпрямленного напряжения Uo и выпрямленного тока Iо данной схемы приводится на рисунке 13, из которого видно, что импульсы напряжения и тока в нагрузке двухполупериодного выпрямителя имеют место во время каждого полупериода, тогда как однополупериодной схеме выпрямления (см. рисунок 9,б) — только в течение одного полупериода, поэтому при одинаковых амплитудах напряжения и тока вторичной обмотки (U_2m и I_2m) постоянные составляющие выпрямленного на­пряжения U₀ и тока I₀ будут в 2 раза больше, чем при однополупериодном выпрямлении. Таким образом,

, откуда

причем U_2m= U_0m; , откуда

,

причем I_2m=I_0m.

Действующее значение напряжения вторичной; обмотки (одной половины) U₂ с учетом синусоидального характера его, а также U_2m:

U2= U_2m/

Действующее значение тока первичной обмотки I₀ вследствие синусоидальности его можно записать:

I₂=0,5 I_2m=0,785 I₀

Габаритная мощность трансформатора определяется по расчетной мощности всех его обмоток. Расчетная мощность первичной обмотки

P₁=U₁I₁=1,23P₀

и вторичной обмотки:

Р₂=2U₂

Габаритная мощность трансформатора:

P_Г=(P₁+ Р₂)/2=1,48 P₀

Обратное напряжение на диоде:

U_{ОБР.И. П.}=2 U_2m=3,14 U₀

Среднее значение тока через каждый диод в 2 раза меньше выпрямленного тока I₀ (поскольку ток нагрузки определяется суммой токов диодов), т. е,

I_ПР.СР=1/2 I₀

Действующее значение прямого тока диода I_ПР равно действующему значению тока вторичной обмотки I₂.

I_{ПР. И.П.}= I_2m=1,57 I₀

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения:

К_П01= U_0m/ U₀=0,67

Преимущества двухполупериодной схемы по сравнению однополупериодной состоят в следующем:

1) значительно уменьшаются габаритные размеры и трансформатора (вследствие лучшего использования обмоток и отсутствия подмагничивания магнитопровода;

2) амплитудное значение тока через диод вдвое меньше;

3) значительно уменьшаются габариты и масса сглаживающего фильтра (вследствие увеличения вдовое основной частоты пульсации и уменьшения более в 2 раза коэффициента пульсации).

Недостатками схемы являются:

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

2) наличие в схеме двух диодов вместо одного.