1.1.2 Однофазные выпрямители с активной нагрузкой

Для построения маломощных выпрямителей, питаемых от однофазной сети переменного тока, используют две схемы двухполупериодного выпрямления: схема с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатор (с нулевым выводом) и мостовая схема. Рассмотрим работу этих схем с активной нагрузкой R_н.

На рис.1.4. представлена схема выпрямителя с выводом средней точки трансформатора и временные диаграммы, поясняющие ее работу.

Диоды VD1 и VD2 пропускают ток в нагрузку поочередно. В течение положительного полупериода сетевого напряжения на вторичных обмотках трансформатора (полярность указана без скобок) открыт диод VD1 и ток i_a1 проходит через VD1, нагрузку и полуообмотку трансформатора с напряжением . В следующий полупериод сетевого напряжения (полярность указана в скобках) открывается диод VD2 и закрывается диод VD1. При этом ток нагрузки i_н протекает по контуру через диод VD2, нагрузку R_н и полуобмотку трансформатора с напряжением . Таким образом, ток в цепи нагрузки течет в одном направлении в течение всего периода. Выпрямленное напряжение U_н представляет собой положительные полуволны напряжений и . При этом ток i₁ первичной обмотки трансформатора будет синусоидален.

Рисунок 1.4 - Схема (а) и временные диаграммы токов и напряжений (б) выпрямителя

с выводом средней точки трансформатора

Данная схема выпрямителя имеет только два диода, к которым однако, предъявляются повышенные требования. Так, к закрытому диоду через другой открытый диод прикладывается обратное напряжение равное сумме , максимальное значение которого равно амплитуде обратного напряжения и в 2 раза превышает амплитуду выпрямленного напряжения.

Наиболее широкое применение находит однофазная мостовая схема выпрямителя (рис.1.5).

Диоды образуют мост, в одну диагональ которого включена вторичная обмотка трансформатора, а в другую – нагрузочный резистор R_н. Каждая пара диодов работает поочередно. При положительной полуволне напряжения U₂ (полярность указана без скобок) открыты диоды VD1 и VD4. При этом ток в нагрузке протекает по контуру через вторичную обмотку трансформатора, диод VD1, резистор нагрузки R_н и диод VD4. В следующий полупериод (полярность U₂ в скобках) ток проходит через диод VD2, нагрузку и диод VD3. Следовательно, в цепи нагрузки ток i_н протекает в одном направлении в течение всего периода. Основные временные диаграммы в данной схеме такие же, как и в предыдущей. Различие заключается в том, что в ней к закрытому диоду прикладывается обратное напряжение, амплитуда которого равна амплитуде выпрямленного напряжения. Это является достоинством мостовой схемы. Сравнивая две схемы выпрямителя, можно сделать следующие выводы [1,2]:

-

Рисунок 1.5 - Схема мостового выпрямителя

при одинаковых значения тока I_н и напряжения U_н нагрузки типовая мощность, а следовательно, и габариты трансформатора для схемы с выводом средней точки больше, чем для мостовой схемы. Это обусловлено двумя вторичными обмотками, которые пропускают ток по полпериода каждая;

- обратное напряжение на диоде в мостовой схеме при одном и том же выпрямленном напряжении в два раза меньше, чем в схеме с выводом средней точки трансформатора;

- мостовая схема требует в два раза больше диодов.