Однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом содержит трансформатор, вторичная обмотка которого имеет вывод от средней точки. Принципиальная схема выпрямителя и временная диаграмма, иллюстрирующая его работу, приведены на рис.3.4. Выходные обмотки относительно средней точки включены в противофазе. В этой схеме используются оба полупериода входного переменного напряжения, при этом обе половины вторичной обмотки трансформатора работают поочередно. Такой выпрямитель можно рассматривать как два однополупериодных, работающих на одну нагрузку. Для чисто активной нагрузки выпрямитель характеризуется следующими соотношениями между главными величинами:

1. Среднее значение выпрямленного напряжения:

.

Здесь U₂ —действующее, a U_2m, — амплитудное значение на вторичной полуобмотке трансформатора.

Следовательно, выражение значения вторичного напряжения в зависимости от выпрямленного, имеет вид:

Коэффициент фазной Э.Д.С. выпрямителя равен 1,11. КПД анодной цепи h_а, учитывается при необходимости известным образом:

2. Коэффициент трансформации трансформатора при известном напряжении сети выбирается из соотношения:

3. Среднее значение выпрямленного тока I_d

4. Среднее значение тока через вентиль и через вторичную обмотку

5. Действующее значение тока через вторичную обмотку и через вентиль

6. Амплитудное значение первичного тока и тока через вентиль.

7. Действующее значение тока в первичной обмотке

8. Обратное напряжение, прикладываемое к закрытому диоду, равно сумме напряжении двух полуобмоток

9. Разложив выходное выпрямленное напряжение в ряд Фурье, получим:

Отсюда находится значение коэффициента пульсации схемы двухполупериодного выпрямления

что значительно меньше, чем в однополупериодном выпрямителе. Частота пульсации равна удвоенной частоте питающей сети .

10. Расчетные мощности обмоток трансформатора:

Типовая мощность трансформатора

11. Коэффициент использования трансформатора по мощности

В двухполупериодной схеме выпрямление по сравнению с однополупериодной значительно уменьшена амплитуда пульсации, а частота их в два раза выше, что облегчает фильтрацию.

На практике наряду с чисто активной нагрузкой часто встречаются случаи, когда нагрузка имеет индуктивный или емкостный характер. Индуктивный характер нагрузки имеет место в случае работы выпрямителя на обмотку двигателя или на индуктивный фильтр. При индуктивном характере нагрузки ее индуктивность и активное сопротивление считается включенными последовательно (рис.3.5, а). Индуктивный характер нагрузки приводит к уменьшению действующего и амплитудного значения вторичного тока и тока через вентиль и при достаточно большой индуктивности

Мощности обмоток и типовая мощность трансформатора также станут меньше по сравнению с чисто активной нагрузкой:

Коэффициент использования трансформатора улучшается:

Обратное напряжение на вентиле останется без изменений так же, как и среднее значение выпрямленного напряжения:

На рис.3.5 б показано изменение формы выпрямленного напряжения (тока) через вентиль при индуктивном характере нагрузки. За счет Э.Д.С. самоиндукции, возникающей в индуктивности и препятствующей спаданию тока в вентиле, наблюдается интервал одновременной работы двух вентилей g, называется периодом коммутации. Чем меньше индуктивность нагрузки, а

также индуктивность рассеяния трансформатора, тем меньше угол коммутации g.

Для относительно маломощных источников питания, используемых в схемах информационной электроники, более типичным являются емкостный характер нагрузки, хотя бы потому, что большинство сглаживающих фильтров начинаются с емкости. Емкостный характер нагрузки приводит к сглаживанию выпрямленного тока и напряжения. При этом заряд и разряд емкости определяют импульсный режим работы схемы. На рис. 3.6 показана эквивалентная схема емкостной нагрузки (а) и диаграммы выпрямленного напряжения U_d, токов через вентили i_а1, i_а2 и обратного напряжения на одном из вентилей U_в1. Емкостная нагрузка рассматривается как параллельное соединение емкости нагрузки C и ее активного сопротивления R_н.

При достаточно большой емкости напряжение на выходе выпрямителя возрастает почти до амплитудного значения вторичного напряжения, так как емкость быстро заряжается до этого напряжения, а в промежутках между полупериодами выпрямленного напряжения не успевает значительно разрядиться:

.

Чем больше емкость C и чем больше активное сопротивление R_н, тем ближе к указанному значению R_2m находится среднее значение выпрямленного напряжения.

Для отпирания диода в этом случае не достаточно только наличие положительной полуволны вторичного напряжения на полуобмотках U_2–1, U_2–2: надо, чтобы эти напряжения превысили напряжение U_d, определяющее потенциал катода. Ток через диод протекает в течение времени этого превышения — см. рис. 3.6, б.

Емкостный характер нагрузки приводит также к расширению интервала действия обратного напряжения на вентиле.

Коэффициент использования трансформатора уменьшится по сравнению с активной нагрузкой.

Амплитуда пульсации уменьшится, и тем больше, чем больше C и R_н:

Преимущество схемы выпрямления с нулевым выводом заключается в минимальном количестве диодов, используемых для двухполупериодного выпрямления, а недостаток — наличие двойной вторичной обмотки на трансформаторе. Указанное преимущество существенного лишь для очень мощных выпрямителей, в которых используются сильноточные диоды, оснащенные специальным оборудованием для их охлаждения. В маломощных выпрямителях чаще используется двухполупериодная мостовая схема выпрямления.

Схемы двухполупериодного выпрямления не обладают свойством вынужденного подмагничивания сердечника трансформатора, что является их преимуществом.