Показатели выпрямителей однофазного тока.

Однополупериодное выпрямление (рис. 12.2). При заданном входным напряжении

для нечетных его полупериодов n, т. е.

выпрямленный ток в нагрузочном резисторе

(12.3)

где U_m — амплитуда входного напряжения; I_m — амплитуда выпрямленного тока.

При амплитуде выпрямленного тока

средний ток (напряжение) в нагрузочном резисторе

(12.4)

а действующий ток (напряжение) в нагрузочном резисторе

(12.5)

Максимальное обратное напряжение на диоде

Спектральный состав выпрямленного тока (результат разложения однополупериодных импульсов выпрямленного тока в ряд Фурье)

Коэффициент пульсации [см. (12.1)], равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники к среднему значению выпрямленного тока, при наличии первой гармоники

(12.6)

Как видно из выражения (12.6), однополупериодное выпрямление имеет низкую эффективность из-за пульсаций выпрямленного тока (напряжения), а потому находит ограниченное применение.

Рис. 12.2. Схема однополупериодного выпрямителя переменного тока

Двухполупериодное выпрямление. Для того чтобы в нагрузку поступал ток в течение обоих полуперидов входного синусоидального напряжения, применяется схема с двумя (с использованием средней точки вторичной обмотки входного трансформатора — рис. 12.3, а) или четырьмя (мостовая схема выпрямления - рис. 12.3, б) диодами.

В схеме с двумя диодами используется входной трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена в виде двух полуобмоток, со средней точкой (для подключения нагрузочного резистора R_н). К двум другим концам полуобмоток подключаются диоды VD1 и VD2, как показано на рис. `11.3, а. Диоды включены так, что ток в нагрузке в течение обоих полупериодов входного напряжения имеет одинаковый знак.

Мостовая схема выпрямления использует четыре диода, соединенных по мостовой схеме (рис. 12.3, 6), для поочередной работы противоположно расположенных диодных пар.

На рис. 12.3, в приведена одинаковая для указанных способов осциллограмма выпрямленного тока, протекающего через нагрузку R_н.

Рис. 12.3. Схема выпрямления синусоидального напряжения: двухполупериодная с использованием среднейточки вторичной обмотки трансформатора (а); мостовая (б); временная диаграмма выпрямленного тока (в)

Как видно из рисунка, закон изменения выпрямленного тока остается неизменным как для нечетных, так и для четных интервалов времени. Тогда с учетом идеализированной ВАХ диода для трансформаторной схемы (пренебрегая активным сопротивлением провода вторичной обмотки трансформатора) выпрямленный ток

Соответственно для мостовой схемы выпрямленный ток

Из приведенных выражений очевидна идентичность мгновенного тока в нагрузке для обеих нелинейных схем. Поэтому средний ток в нагрузке

(12.7)

действующий ток в нагрузке

(12.8)

Сопоставляя выражения (12.7) с (12.4) и (12.8) с (12.5), можно отметить, что при двухполупериодной схеме выпрямления средний ток вдвое, а действующий в корень из двух раз (т. е. приблизительно на 40%) превышают аналогичные показатели однополупериодной схемы выпрямления.

Максимальное обратное напряжение на диодах для трансформаторной схемы

а для мостовой схемы

где U_m — амплитуда входного напряжения в нелинейной цепи.

Следовательно, в мостовой схеме выпрямления диоды используются по обратному напряжению в более облегченном режиме. Спектральный состав выпрямленного тока или напряжения

(12.9)

Анализ (12.9) показывает, что в выпрямленном токе отсутствует первая гармоника. Поэтому низшей (основной) гармоникой тока при двухполупериодном выпрямлении является вторая гармоника

Тогда коэффициент пульсации (по второй гармонике)

Заметим, что двухполупериодное выпрямление характеризуется заметно меньшей пульсацией, чем однополупериодное, а потому находит более широкое применение на практике.