3.3 Двухполупериодные выпрямители

Двухполупериодные выпрямители имеют большое значение в энергетической электронике. Они применяются для питания устройств небольшой мощности (источников питания, зарядных устройств, для регулирования скорости двигателей постоянного тока, особенно при низких напряжениях), а также для питания тяговых двигателей постоянного тока на электрическом транспорте при мощности до нескольких мегаватт.

Схемы исполняются в двух вариантах: со средней точкой (нулевая схема, рис. 3.9, а) и мостовая схема (рис. 3.9, б).

В нулевой схеме выпрямленный ток i_d течет попеременно через вентили V1 и V2 на интервале, когда напряжение на соответствующей вторичной полуобмотке трансформатора Т положительно.

В мостовой схеме, когда напряжение ив положительно, ток протекает через вентили V1 и V4; когда напряжение меняет полярность, ток протекает через вентили V2 и V3, так что в нагрузке ток сохраняет неизменное направление.

К ривые выпрямленных напряжений имеют один и тот же вид для обеих схем. Поэтому временные диаграммы пригодны для обеих схем с учетом того, что переменные напряжения, действующие в нулевой схеме, обозначены u₂₁ или u₂₂ , а в мостовой – u₂ или ­­-u₂.

Рис.3.9. Двухполупериодные выпрямители: а – нулевая схема; б – мостовая схема

3.3.1 Работа на активную нагрузку

При поступлении полуволны напряжения u₁ положительной полярности (интервал 0    ) на вторичных обмотках трансформатора действуют напряжения u₂₁ и u₂₂ с полярностью относительно нулевой точки (рис. 3.9, а без скобок). На интервале 0     вентиль V1 открыт, а V2 закрыт. На данном интервале ток вентиля V1 равен току нагрузки i_V1 = i_d = u₂₁/R. В последующем процессы в схеме повторяются: поочередно проводят ток то вентиль V1, то V2. Временные диаграммы при  = 0 и   0 показаны на рис. 3.10, а и б.

Среднее значение выпрямленного напряжения U_d определяется из временной диаграммы:

U_dio = U_2m sin d = d =2· U₂/π ≈ 0.9U₂ (3.9)

Поскольку величина U_d при расчете выпрямителя является заданной, значение вторичного напряжения трансформатора определяется из выражения:

U₂ = U_{di 0} = 1.1·U_{di 0} (3.10)

К оэффициент пульсаций по первой гармонике для двухполупериодного выпрямителя (нулевой и мостовой схем) составляет q = 0.67, т.е. амплитуда первой гармонической составляет 67% от U_d.

Рис. 3.10. Временные диаграммы работы однофазного двухполупериодного выпрямителя

на активную нагрузку при  = 0 (а) и   0 (б)

Так как ток i_d протекает через вентили поочередно, средний ток через каждый вентиль составит:

I_V = I_d /2 (3.11)

Когда ток проводит открытый вентиль, на закрытый вентиль действует обратное напряжение. При открытом вентиле V1 на V2 в обратном направлении действует суммарное напряжение двух полуобмоток трансформатора Т, в связи с чем U_RRM = 2u₂, т.е.

U_RRM = 2 U₂ =  U_{di 0} (3.12)

Поскольку ток вторичной обмотки определяется анодным током соответствующего вентиля (i₂ = i_V ), то действующее значение тока вторичной обмотки будет:

I₂ = = I_d (3.13)

Ток i₂ в первичной обмотке трансформатора Т имеет синусоидальную форму и для каждого полупериода определяется током вторичной обмотки с учетом коэффициента трансформации К_Т:

I_2m = U₂ = I_d (3.14)

откуда

I₁ = = I_d (3.15)

Временные диаграммы для случая   0 приведены на рис. 3.10, б. Среднее значение выпрямленного напряжения U_di определяется соотношением (3.6), а регулировочная характеристика – кривой рис. 3.6.