Преобразовательные устройства. Двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора, страница 2

Рис.2.4. Схема двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора.

Принцип действия выпрямителя рассмотрим с использованием временных диаграмм напряжений и токов, приведенных на рис.2.5.

Рис.2.5.Временные диаграммы работы выпрямителя с нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора.

Полуволна напряжения U_2-1 положительной полярности на вторичной обмотке трансформатора w_2-1 откроет диод VD1 (+ приложен к его аноду). Полуволна напряжения U_2-2 в этот момент противоположна по фазе напряжению U_2-1, и к аноду диода VD2 приложено отрицательное напряжение, диод VD2 закрыт.

В результате такого состояния схемы выпрямителя в первую половину периода действующего переменного напряжения U₁

i_a1=i_2-1=i_d=U_2-1/R_н,

i_a2=i_2-2=0,

U_в1=0,

U_в2=U_{в мах}.

В открытом состоянии падение напряжения на диоде VD1 мало и все напряжение U_2-1 прикладывается к нагрузке R_н создавая напряжение U_d.

В следующую половину периода потенциал на обмотках w_2-1 и w_2-2 изменятся на противоположные, и диод VD1 закроется, а диод VD2 откроется, при этом

i_a1=i_2-1=0,

i_a2=i_2-2= i_d=U_2-2/R_н,

U_в1= U_{в мах},

U_в2=0.

К нагрузке R_н будет приложено напряжение U_2-2, определяющее напряжение U_d той же полярности, что и в первый полупериод, так как направление тока i_d через нагрузку R_н  не изменилось. Далее процессы в схеме повторяются согласно диаграммам рис.2.5.

Основные расчетные соотношения для выпрямителя с нулевым выводом:

U_{d ср}=(2/)U₂=0.9U₂,

U₂=(/2) U_{d ср}=1.11 U_{d ср}.

Для определения типа диодов необходимо знать среднее значение тока I_a и, поскольку половину периода диоды поочередно закрыты, то:

I_a=I_d/2,

I_d=2 I_a= U_{d ср}/R_н.

Максимальное обратное напряжение на закрытом диоде:

U_{в мах}=2U₂,

U_{в мах}=U_{d ср}.

Максимальный ток в нагрузке, равный максимальному току диода,

I_{d мах}= I_{a мах}=I_a.

Напряжение U_d помимо постоянной составляющей U_{d ср} содержит переменную составляющую из высших гармоник тока U_d¡m:

U_d¡m=2 U_dср/(¡m)²-1,

где ¡=1,2,3… - номера гармоник; m – эквивалентное число фаз выпрямления (для рассматриваемой схемы m = 2).

Для оценки качества выпрямленного напряжения воспользуемся коэффициентом пульсаций:

q₁=U_d1m/U_{d ср},

U_d1m=2 U_{d ср}/(m²-1),

q=2/(m²-1).

При m = 2 q = 0.67, т.е. амплитуда первой гармоники для данной схемы составляет 67% от U_{d ср}.

Выпрямитель с нулевым выводом имеет частоту основной гармоники выпрямленного тока в два раза выше, чем однополупериодный, так как выпрямленный сигнал достигает максимума два раза за период.

f_d1=2f_c (f_c – частота сети).

Для расчета силового трансформатора необходимо установить действующее значение токов I₂ и I₁ в его обмотках.

Ток во вторичной обмотке I₂ определяется анодным током соответствующего диода I_a или током в нагрузке I_d:

I₂=/4I_d.

Ток I₁ необходимо вычислять по амплитуде тока вторичной обмотки I₂ c учетом коэффициента трансформации:

I_{2 max}=I_{a max}=(U₂/R_н)= /2 I_d,

I₁= (I_{2 max}/)1/n=(/2n) I_d.

Расчетные мощности обмоток трансформатора S₁ и S₂ находят по произведениям действующих значений токов и напряжений обмоток:

S₁=U₁I₁=1.23 U_{d ср} I_d=1.23P_d,

S₂=2U_2-2=1.74P_d.

Типовая мощность трансформатора S_т – среднее арифметическое мощностей S₁ и S₂: