Однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом

Схема двухполупериодного выпрямителя представлена на рисунке 8. Он представляет собой два однополупериодных выпрямителя включенных параллельно на общую нагрузку. Каждый выпрямитель питается от отдельной вторичной обмотки. Обмотки соединены вместе общим (нулевым) проводом, так что VD1 выпрямляет положительную полуволну напряжения вторичной обмотки, а VD2 отрицательную.

Во время положительной полуволны для обмотки на выводе 3 трансформатора будет плюс, а на выводе 5 минус. Электрический ток I_н будет протекать по цепи: с вывода трансформатора 3, через диод VD1 в прямой полярности, через нагрузку R_н, на вывод трансформатора 5. В это же время для обмотки на выводе 5 трансформатора будет плюс, а на выводе 4 минус. Путь электрического тока I_н будет проходить: с вывода трансформатора 5, через нагрузку R_н, через диод VD2 в обратной полярности, на вывод трансформатора 4. Так как диод не пропускает ток в обратной полярности, то в этой цепи ток будет отсутствовать.

Во время отрицательной полуволны для обмотки на выводе 3 трансформатора будет минус, а на выводе 5 плюс. Путь электрического тока I_н будет проходить: с вывода трансформатора 5, через нагрузку R_н, через диод VD1 в обратной полярности, на вывод трансформатора 3. Так как диод не пропускает ток в обратной полярности, то в этой цепи ток будет отсутствовать. В это же время для обмотки на выводе 5 трансформатора будет минус, а на выводе 4 плюс. Электрический ток I_н будет протекать по цепи: с вывода трансформатора 4, через диод VD2 в прямой полярности, через нагрузку R_н, на вывод трансформатора 5.

Таким образом, во время положительной полуволны ток протекает через диод VD1, а во время отрицательной через диод VD2. Форма выходного напряжения без фильтра показана на рисунке 9. Частота пульсаций составляет 100 Гц и вдвое больше чем у однополупериодной схемы.

Для двухполупериодного выпрямителя среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке составляет и определяется по выражению:

(7)

Коэффициент пульсаций без фильтра .

При использовании небольшого емкостного фильтра получаем выходное напряжение в форме рисунок 10. По сравнению с рисунком 5 амплитуда пульсаций стала меньше. Это стало возможным потому, что в течение одного периода дважды происходит заряд и разряд фильтрующего конденсатора. Время разряда также сократилось примерно вдвое.

Так как ток нагрузки по очереди протекает через диоды, то средний прямой ток через диоды при прочих равных условиях будет вдвое меньше чем в однополупериодной схеме и составит:

(8)

Максимальное обратное напряжение на диодах такое же, как и у однополупериодного выпрямителя, выражения (5) и (6).

При прочих равных условиях двухполупериодный выпрямитель обеспечивает более качественное напряжение. Но для этого необходимо два диода и более сложный трансформатор из-за чего встречается реже, чем мостовой выпрямитель.

Однофазный мостовой выпрямитель

Схема мостового выпрямителя представлена на рисунке 11. Для выпрямления тока в нем используется мост из четырех диодов. К одной диагонали моста a-b подводится переменное напряжение, а с другой c-d снимается постоянное напряжение.

Во время положительной полуволны на выводе 3 трансформатора плюс, а на выводе 4 минус. Электрический ток I_н будет протекать по цепи: с вывода трансформатора 3, узел a, через диод VD1 в прямой полярности, узел c, через нагрузку R_н, узел d, через диод VD3 в прямой полярности, узел b, на вывод трансформатора 4. Во время отрицательной полуволны на выводе 3 трансформатора будет минус, а на выводе 4 плюс. Электрический ток I_н будет протекать по цепи: с вывода трансформатора 4, узел b, через диод VD2 в прямой полярности, узел c, через нагрузку R_н, узел d, через диод VD4 в прямой полярности, узел a, на вывод трансформатора 3.

Таким образом, во время положительной полуволны ток протекает через диоды VD1 и VD3, а во время отрицательной через диоды VD2 и VD4. Поэтому через нагрузку R_н будет протекать пульсирующий ток постоянной полярности. Так как мостовой выпрямитель выпрямляет обе полуволны напряжения, то форма выходного напряжения будет как у двухполупериодного выпрямителя рисунки 12 и13. Частота пульсаций составляет 100 Гц и вдвое больше чем у однополупериодной схемы. Следует также учесть, что при использовании мостового выпрямителя в каждой цепи прохождения тока последовательно включены по два диода, а не один как в ранее рассмотренных схемах. Так как на каждом диоде происходит падение напряжения 0,5…1 В, то выходное напряжение будет немного меньше.

Рассмотрим также форму выходного напряжения для фильтра большой емкости рисунок 14. Амплитуда пульсаций естественно получается меньше чем на рисунке 6.

Для мостового выпрямителя среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке и коэффициент пульсаций без фильтра такие же, как у двухполупериодного выпрямителя, выражение (7): и .

Так как ток нагрузки поочередно протекает через пары диодов, то средний прямой ток:

(9)

Так как обратное напряжение прикладывается к двум последовательно соединенным диодам, то оно разделяется между ними и будет равно:

(10)

Это будет верно только для диодов с одинаковыми характеристиками.

В мостовых и двухполупериодных выпрямителях могут быть также использованы индуктивные фильтры рисунок 15. Дроссель в них включается последовательно с нагрузкой и представляет собой обмотку с большим числом витков намотанных на магнитном сердечнике. При протекании тока в индуктивности накапливается энергия. Когда в выходном напряжении выпрямителя образуется провал, индуктивность вырабатывает ЭДС самоиндукции и поддерживает протекание тока в нагрузке.

На рисунке 16 показана форма выходного напряжения при использовании индуктивности . Как видим, индуктивный фильтр сглаживает выходное напряжение примерно также, как емкостной фильтр малой емкости.

При увеличении тока нагрузки индуктивный фильтр ведет себя иначе, чем емкостной. Если при уменьшении сопротивления нагрузки и увеличении тока эффективность емкостного фильтра уменьшается, а пульсации растут, то эффективность индуктивного фильтра наоборот возрастает. На рисунке 17 показана форма напряжения при том же индуктивном фильтре и сопротивлении нагрузки меньше в пять раз. По сравнению с рисунком 16 среднее напряжение несколько снизилось, а амплитуда первой гармоники уменьшилась с 4 до 1 В. Снижение среднего напряжения объясняется тем, что реальный дроссель обладает активным сопротивлением. Учет ЭДС самоиндукции требует использования диодов с большим обратным напряжением.

Так как дроссель эффективно работает только при больших токах нагрузки, обладает значительным весом и размерами, то его применение встречается реже. Например, в сварочной аппаратуре постоянного тока.