Двухполупериодный выпрямитель

Наиболее широкое распространение получила мо­стовая схема двухполупериодного выпрямителя (рис. 4).

Рис. 4. Мостовая схема двух­полупериодного выпрямителя

Схема состоит из силового трансформа­тора Тр и четырех диодов Д₁—Д₄.. К диагонали моста ас подключена вторичная обмотка трансформатора, к диагонали bd — сопротивление нагрузки Rн.

Временные диаграммы напряжений на выходе трансформатора u₂ и выходе выпрямителя u_н представлены на рис.5.

Рис. 5. Графики на­пряжения в мо­стовой схеме выпрямителя.

В положительный полупериод напряжения и₂ (рис. 5, а), когда потенциал точки а выше потен­циала точки с (см. рис. 4), открыты диоды Д₁ и Дз и ток проходит по цепи: точка а, диод Д₁, сопро­тивление нагрузки Rн, диод Дз, точка с. В отрица­тельный полупериод напряжения и₂ открыты диоды Д₂ и Д₄ и теперь ток проходит по цепи: точка с, диод Д₂,, Rн , диод Д₄ точка а. Через сопротивление на­грузки Rн ток проходит все время в неизменном на­правлении. Таким образом, ток в нагрузке имеет фор­му, показанную на рис.5,б, что и соответствует двухполупериодному выпрямлению.

Постоянная составляющая тока нагрузки Iо опре­деляется, как и в схеме однополупериодного выпря­мителя, средним значением тока i_н:

I₀ = 2 0,318 I_2m = 0,636 I_2m ,

т. е. в двухполупериодном выпрямителе постоянная составляющая тока в два раза больше, чем в однополупериодном.

Так как в мостовой схеме через вторичную обмотку трансформатора проходит синусоидальный ток i₂ , то I_2m = и, Iо =0,9 I₂.

Сравнив это значение тока с Iо для однополупериодного выпрямителя, приходим к выводу, что в дан­нойсхеме гораздо лучше используются обмотки тран­сформатора по току. Это позволяет значительно уменьшить габариты трансформатора.

Найдем теперь соотношение между U₀ и U₂ . Так как постоянная составляющая напряжения U₀ = I₀ Rн , то U₀ = 0,636 I_2m Rн. Если учесть, что Rн Rпр.д, то

I_2m Rн = U_2m , т.е. U₀ = 0,636 U

Так как U_2m = U₂, то получим U₀ = 0,9 U₂.

Обратное напряжение, действующее на каждый диод в данной схеме такое же, как в схеме однополупериодного выпрямителя. Действительно, когда диоды Д₁ и Дз открыты, к диоду Д₂ приложено полное обрат­ное напряжение вторичной обмотки через открытый диод Д₁. Точно такое же обратное напряжение прило­жено и к диоду Д₄. Следовательно, U_обрm=U_2m = U₂= 1,57 U₀.

Данная схема характеризуется хорошим использованием элементов выпрямителя и трансформатора. Поэтому в настоящее время она находит наибольшее применение для выпрямления однофазного тока.

2.3. Сгла­живающие фильтры.

Так как выпрямленное напряжение – пульсирующее, для получения постоянного напряжения на выходе выпрямителя обычно ставят сглаживающий фильтр. Сглаживающий фильтр – это устройство, предназначенное для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения. Степень пульсации выпрямленного напряжения характеризуется коэффициентом пульсаций, который равен отношению амплитуды первой (основной) гармоники пульсаций к среднему значению выходного напряжения.

,

где - амплитуда переменной составляющей;

- среднее значение выпрямленного напряжения.

Сглаживающее действие фильтра характеризуется его коэффициентом сглаживания, который равен отношению коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на выходе фильтра.

Наиболее простым из фильтров является конденсатор, включенный параллельно нагрузке (рис. 6).

Рис. 6. Схема двухполупериодного выпрямителя с фильтром.

Рассмотрим влияние конденсатора.

На протяжении положительного полупериода ток через диод будет протекать лишь тогда, когда напряжение вторичной обмотки больше напряжения на конденсаторе. Конденсатор в эти промежутки времени будет заряжаться током, протекающим через диод. Напряжение на конденсаторе и нагрузке возрастает по экспоненциальному закону, а скорость нарастания зависит от постоянной времени цепи заряда конденсатора , где С – емкость конденсатора, а r₀ – внутреннее сопротивление выпрямителя, которое для данной схемы равно сумме внутреннего сопротивления диода и активного сопротивления вторичной обмотки трансформатора.

Когда диод не проводит ток, конденсатор разряжается на сопротивление нагрузки, причем ток в нагрузке имеет прежнее направление. Напряжение на конденсаторе уменьшается по экспоненциальному закону, и скорость разряда зависит от постоянной цепи разряда конденсатора .

Если > , где - период напряжения сети, то к моменту начала следующего заряда конденсатор не успеет разрядиться и напряжение на нагрузке не падает до нуля. Временные диаграммы напряжений на выходе выпрямителя u_н представлены на рис.7.

Рис. 7. Диаграммы напряжений двухполупериодного выпрямителя с фильтром.

Таким образом, пульсации выпрямленного напряжения меньше, если на выходе выпрямителя установлен фильтр.