(схеме со средней точкой)
Эта схема (рис. 2.4,а) представляет собой сочетание двух схем однополупериодных выпрямителей, работающих на общую активную нагрузку.
При положительной полуволне напряжения, когда потенциал точки а будет положительным, а потенциал точки б – отрицательным, диод VD 1 будет открыт и ток протекает через диод VD 1, резистор нагрузки Rd и верхнюю половину вторичной обмотки трансформатора в направлении, показанном сплошными стрелками. Диод VD 2 в это время закрыт, ток через него не течет, поскольку к нему приложено обратное напряжение.
При отрицательной полуволне напряжения, когда потенциал точки б становится положительным, а точки а – отрицательным, VD 2 открывается, а VD 1 закрывается и ток течет через диод VD 2, нагрузку Rd и нижнюю половину вторичной обмотки трансформатора в направлении, показанном пунктирными стрелками. Диод VD 1 в это время находится под обратным напряжением. Таким образом, через нагрузку протекают токи в одном и том же направлении в течение обеих полуволн (положительной и отрицательной) питающего напряжения.
В силу принятых ранее допущений, можно считать, что форма выпрямленного напряжения на работающих половинках вторичной обмотки трансформатора, т.е. график ud является огибающей положительных полусинусоид графиков u ¢2 и u ¢¢2.
В каждую полуволну напряжения u 2 по половинам вторичной обмотки трансформатора, диоду и нагрузке протекают равные между собой токи, т.е. i¢ 2= iVD 1= i¢d и i¢ ¢2= iVD 2= i¢¢d, причем ток id = i¢d + i¢¢d в идеализированной схеме определяется только сопротивлением нагрузки и равен ud / Rd. В силу этого токи i¢ 2 и i¢¢ 2, протекающие по половинам вторичной обмотки трансформатора, имеют в каждый момент времени такие направления, при которых постоянные составляющие этих токов создают встречно направленные магнитные потоки. Поэтому вынужденное подмагничивание магнитопровода трансформатора в данной схеме отсутствует (рис. 2.4,б).
Рассмотрим более подробно форму графика u обр.. Каждую половину периода один из диодов схемы закрыт и к его электродам приложено обратное напряжение, которое определяется разностью потенциалов между анодом и катодом этого диода.
В первую половину периода (рис. 2.4,а) закрыт VD 2. Потенциал его анода равен отрицательному потенциалу точки б, который определяется отрицательной полусинусоидой u 2 ². Катод диода VD 2 в это время имеет положительный потенциал точки а (положительная полусинусоида u 2 ¢), поскольку открыт VD 1, и падение напряжения на нем в идеализированной схеме равно нулю.
Таким образом, в течение первого полупериода диод VD 2 находится под обратным напряжением, равным разности потенциалов между концами вторичной обмотки трансформатора (точки а и б), и максимальное значение этой разности потенциалов равно удвоенному амплитудному значению напряжения одной из половин вторичной обмотки, т.е.
U обр. мах =2 U 2 m,
что иллюстрирует нижний график (рис. 2.4,б).
Аналогично, во втором полупериоде изменения напряжения u 2 под таким же большим напряжением окажется диод VD 1.
Большие величины обратных напряжений на вентилях требуют использования добротных (а, значит, и более дорогих) вентилей, что является недостатком данной схемы выпрямления.
График выпрямленного напряжения ud и выпрямленного тока id данной схемы показан на рис. 2.4,б, из которого видно, что импульсы напряжения и тока в нагрузке двухполупериодного выпрямителя имеют место во время каждого полупериода, тогда как в однополупериодной схеме выпрямления (см. рис. 2.3,а) – только в течение одного полупериода.
Рисунок 2.4 - Двухфазный однофазный выпрямитель:
а – электрическая схема; б – диаграммы напряжений и ток
При одинаковых амплитудах напряжения и тока вторичной обмотки U 2 m и I 2 m постоянные составляющие выпрямленного напряжения Ud и тока Id будут в два раза больше, чем при однополупериодном выпрямлении, т.е.
,
откуда . (2.28)
Остальные коэффициенты и параметры, характеризующие данную схему выпрямления, приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Основные параметры выпрямителей с активной нагрузкой
Преимущества данной схемы по сравнению с однополупериодной перечислены ниже.
1. Значительно уменьшаются габаритные размеры и масса трансформатора (вследствие отсутствия подмагничивания материала магнитопровода).
2. Амплитудное значение тока через диод вдвое меньше.
3. Значительно уменьшаются габариты и масса сглаживающего фильтра (вследствие увеличения вдвое основной частоты пульсаций первичной гармоники, т.е. f 1=2 fc, и уменьшения более чем в два раза, коэффициента пульсации).
Недостатками схемы являются:
1) необходимость вывода средней (нулевой) точки вторичной обмотки трансформатора;
2) наличие в схеме двух диодов вместо одного.
3) высокое обратное напряжение на диодах, что требует применения добротных вентилей.