51Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители.

11.2.1. Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители. Занятие 87.

В однополупериодных выпрямителях используются обычно полупроводниковые диоды. Выпрямители могут быть включены или непосредственно в сеть или подключены ко вторичной обмотке трансформатора. Так как диод пропускает ток только в одном направлении, один из полупериодов сети не используется. При активной нагрузке ток в нагрузке будет иметь форму полупериода синусоиды, т.е.в определенные моменты будет синусоидальным, а в противоположном полупериоде будет отсутствовать. Такой ток называют пульсирующим. Подключение параллельно нагрузке конденсатора С_ф уменьшает пульсации. Дело в том, что при прямом токе нагрузки по конденсатору тоже течет ток и заряжает его. Если сопротивление нагрузки велико, конденсатор заряжается до максимального напряжения. При дальнейшем уменьшении напряжения сети напряжение конденсатора становится больше напряжения трансформатора. Конденсатор разряжается через нагрузку. Результирующее напряжение на нагрузке показано на рисунке. Выпрямленный ток протекает по нагрузке в оба полупериода, но имеет пульсации, зависящие от сопротивления нагрузки. Конденсатор С_ф называют сглаживающим конденсатором или сглаживающим фильтром. Применяют однополупериодные выпрямители при большом сопротивлении нагрузки.

При отсутствии конденсатора диод должен выдерживать обратное напряжение, равное напряжению вторичной обмотки трансформатора. При наличии конденсатора к диоду прилагается обратное напряжение сети и напряжение конденсатора. Так как максимальное напряжение конденсатора равно напряжению сети, то к диоду прикладывается обратное напряжение, равное двум напряжениям трансформатора.

Чем меньше обратный ток диода, тем выше его коэффициент выпрямления.

Недостатки однополупериодного выпрямителя (большие пульсации, зависимость напряжения от сопротивления нагрузки, высокое обратное напряжение на диоде, дополнительная нагрузка на трансформатор) заставляют применять двухполупериодное выпрямление.

Для однофазной сети возможно создание двух схем двухполупериодного выпрямления: а) со средней точкой выходной обмотки трансформатора, б) мостовая. Обе схемы достаточно широко применяются.

В схеме со средней точкой используется трансформатор. вторичная обмотка которого имее т вывод от средней точки. Напряжения на обеих частях обмотки равны. С помощью диодов VD₁ и VD₂ нагрузка R_н подключается то к одной, то к другой половине. В один полупериод сети через нагрузку протекает ток в другой - Ток нагрузки состоит из обеих составляющих и имеет пульсирующий характер.

Если амплитудные значения тока и напряжения соответственно равны I_2m и U_2m, то средние значения тока и напряжения в нагрузке

I_2ср.н = I_2m , U_2ср.н= U_2m , а действующие значения

I_2н= , U_2н=

Через диоды и каждую половину обмотки трансформатора протекает лишь половина тока нагрузки. Поэтому средний ток катушки

I_2Ср.к = 0,5 U_{2ср.н ,} а действующее напряжение, поскольку оно определяется как среднее квадратическое от мгновенного тока,

I_2к = I_2ср.н .

Как видно из рисунка, к каждому диоду прикладывается обратное напряжение, равное полному напряжению трансформатора, т.е. двойное напряжение нагрузки; ток в два раза меньше тока нагрузки.

Н едостатком схемы выпрямления со средней точкой является необходимость диодов с допустимым обратным напряжением, равным двойному напряжению нагрузки, и неполное использование трансформатора по мощности, так как в каждом полупериоде в прямом направлении работает лишь половина вторичной обмотки трансформатора.

От этих недостатков можно избавиться, если напряжение одного направления всей вторичной обмотки трансформатора подать на нагрузку через один диод, а противоположного—через второй диод. К сожалению, это возможно лишь при применении еще одной пары диодов. Такая схема выпрямления называется мостовой. Часто её изображают в виде традиционного моста или, более строго, в виде стандартного (для однофазных и трехфазных цепей) изображения моста. В этой схеме в одном полупериоде сети в прямом направлении работают два диода: VD₂ - VD4. Диоды VD3 – VD1 заперты. В другом полупериоде наоборот: VD3 – VD1 открыты, VD₂ - VD4 заперты.

В мостовой схеме обмотки трансформатора используется полностью. Обратное напряжение равно половине амплитудного напряжения вторичной обмотки. Ток диода равен току нагрузки.

В обеих схемах выпрямления имеются достаточно большие пульсации, величина которых равна 0,67. При большом сопротивлении нагрузки пульсации можно уменьшить с помощью конденсатора большой мощности, подключенного параллельно нагрузке, который , как и в случае однофазного выпрямления, называется емкостным сглаживающим фильтром.