Однофазная двухполупериодная схема. Принцип работы. Основные характеристики

Эта схема может быть представлена как две однополупериодные схемы, ра­ботающие на общую нагрузку. При появлении положительного потенциала на конце одной из половин вторичной обмотки транс­форматора Т относительно точки О открывается соответствующий диод и ток проходит через нагрузку R_Н. При изменении полярности на вторичной обмотке открывается другой диод, и ток вновь проходит через нагрузку. Таким образом, ток в нагрузке всегда протекает в одном направлении, т. е. имеет место выпрямление.

б – напряжение между концами каждой из двух половин вторичной обмотки трансформатора; в- выпрямленные напряжения и ток; г и д – токи, протекающие через диоды и половины обмоток трансформатора; е – ток в первичной обмотке трансформатора; ж - напряжение между электродами диода VD2

Напряжения u`₂ и u``₂ (рисунок 3.10, б)сдвинуты по фазе на половину периода, поэтому по числу фаз вторичной обмотки схема является двухфазной. В нагрузке ток протекает в течение обоих полупе­риодов напряжения на вторичной обмотке, поэтому выпрямление двухполупериодное (рисунок 3.10, в).

Диоды VD1 и VD2 работают поочередно, каждый в течение одной половины периода (рисунок 3.10, г и д). Так как токи протекают по каждой половине вторичной обмотки трансформатора пооче­редно и имеют противоположные направления, то в первичной обмотке трансформатора протекает ток, форма которого синусои­дальна (рисунок 3.10, е).

Вынужденное намагничивание сердечника трансформатора от­сутствует, так как потоки, создаваемые постоянными составляю­щими тока в половинах вторичной обмотки, компенсируют друг друга.

В первый полупериод напряжения диод VD1открыт. Его со­противление равно нулю, и потенциалы точек а и с равны между собой. Следовательно, к диоду VD 2 приложено напряжение, равное сумме напряжений u`₂ и u``₂. Максимальное значение этой разности потенциалов равно удвоенному амплитудному значению напря­жения на одной половине вторичной обмотки (рисунок 3.10, ж).

Из кривых (рисунок 3.11) видно, что постоянная составляющая выпрямленного напряжения в 2 раза больше, чем в однополупериодной схеме выпрямления. Поэтому на основании выражения (3.5) можно написать, что U₀ = 2·U_2m/π, (3.17), где U_2m - амплитудное значение напряжения на зажимах одной половины вторичной обмотки. Подставив в это выражение (3.6), находим действующее на­пряжение вторичной обмотки U₂ = 1.11·U₀. (3.18)

Для однополупериодного выпрямителя, образованного поло­виной вторичной обмотки трансформатора Т и диодом VD1, на основании (3.10) можно написать, что I₂ = 0.5·I_2m. (3.19). Очевидно, это выражение справедливо также для второй по­ловины обмотки трансформатора. Используя выражение (3.11) и (3.17) и заменив R на U₀/R₀, получим I_2m = 1.57·I₀ (3.20). Подставляя (3.20) в (3.10), получим действующий ток вторичной обмотки I₂ = 0.785·I₀ (3.21).

Ток первичной обмотки изменяется по синусоидальномузакону I₁ = I_1m/√2. (3.22). Подставляя в (3.22) значение I_1m из выражения I_1m=(1/n_T)I_2m, c учетом (3.20) получим действующий ток первичной обмотки I₁ = 1.11·I₀/n_T (3.23).

Расчетные мощности обмоток трансформатора S₁ = U₁I₁ = n_TU₂I₁, S₂ = 2·U₂I₂. Заменяя в этих выражениях U₂на значения из (3.18), I₁ - из (3.23) и I₂ - из (3.21) и подставляя их в (3.15), получим расчетною мощ­ность трансформатора S_T = 0.5·P₀·(1.23+1.74) = 1.48·P₀.

В рассматриваемой схеме обратное напряжение на диоде U_обр = 2·U_2m = π·U₀ (3.24). Средний ток диода в 2 раза меньше выпрямленного тока Iср.д = 0,5·I₀, (3.25). Действующий ток диода равен действующему току вторичной обмотки и может быть найден по выражению (3.21) I_Д = 0,785·I₀. Амплитудный ток диода равен амплитудному току вторичной обмотки и определяется по формуле (3.20) I_Дm= 1,57·I₀.

Из вы­ражений (3.1) и (3.2) определяем число фаз выпрямления m = pq = 2·1 = 2 и частоту первой гармоники f₁ = 2·50 = 100 Гц. Из выражения (3.4) находим коэффициент пульсации п_П = 0,67.

По сравнению с однофазной однополупериодной схемой вы­прямления данная схема имеет трансформатор с меньшими габа­ритными размерами и массой вследствие лучшего использования обмоток трансформатора и отсутствия вынужденного намагничи­вания; меньшие габаритные размеры и массу фильтра из-за увеличения частоты пульсации; амплитудный ток диода умень­шается в 2 раза.

Недостатком схемы является необходимость вывода средней точки вторичной обмотки трансформатора. Схема может быть использована в выпрямителях с низким напряжением и значитель­ным током нагрузки. Включение одного диода в цепь тока нагрузки обеспечивает малые потери в выпрямителе.