Однофазный неуправляемый нулевой выпрямитель

Однофазный неуправляемый нулевой выпрямитель является двухполупериодным. В отличие от предыдущего выпрямителя он применяется значительно чаще. Его схема (рис. 3) содержит трансформатор TV, первичная обмотка которого подключена к сети напряжением u₁, а вторичная обмотка разделена на две равные части, на каждой из которых присутствует напряжение u₂. К концам вторичной обмотки подключены вентили V1 и V2. Катоды вентилей соединены вместе и подключены к нагрузке R_н. Второй зажим нагрузки подключается к средней (нулевой) точке вторичной обмотки.

Схема работает следующим образом. Если в рассматриваемый момент времени полярность напряжения u₂ такова, что потенциал точки 1 больше потенциала точки 0 и точки 2, тогда у вентиля V1 на аноде потенциал больше, чем на катоде. Он находится под прямым напряжением и открывается. Потенциал анода вентиля V2 меньше потенциала на его катоде. Он находится в закрытом состоянии. Через открытый вентиль V1 начинает протекать ток i_a1 по цепи: точка 1, анод и катод вентиля, нагрузка R_н, точка 0, верхняя часть вторичной обмотки трансформатора TV, точка 1.

Рис. 3. Схема однофазного нулевого выпрямителя

Спустя полпериода полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора меняется на противоположную, при этом потенциал точки 2 становится больше потенциала точки 0 и точки1. Вентиль V1 оказывается под обратным напряжением. Так как потенциал анода меньше потенциала катода вентиль V1 закрывается. Одновременно вентиль V2 оказывается под прямым напряжением, и он открывается. Через вентиль V2 начинает протекать ток i_a2 по цепи: точка 2, анод и катод вентиля, нагрузка R_н, точка 0, нижняя часть вторичной обмотки трансформатора TV, точка 2.

По нагрузке R_н оба полупериода протекает ток i_d = i_a1 + i_a2 в одном направлении (рис. 4), что указывает на эффект выпрямления. Этот ток i_d вызывает на нагрузке падение напряжения u_d, которое пульсирует. За период напряжения u₂ ипитающей сети u₁ напряжение u_d, совершает две пульсации, поэтому фазность выпрямителя m=2.

В соответствиис выражением (3) коэффициент пульсации q = 2/( m²-1)= 2/( 2²-1)=0,67.

Среднее значение выпрямленного напряжения U_d

Действующее значение напряжения U₂ связано с выпрямленным напряжением U_d соотношением

Среднее значение выпрямленного тока I_d

Оно связано с действующим значением вторичного тока I₂ трансформатора соотношением I₂= 0,785I_d.

Угол λ₁ открытого (проводящего) состояния вентиля V1 и угол λ₂ открытого состояния вентиля V2 равны λ₁= λ₂= π, что определяет равенство их средних значений анодных токов I_а1 = I_а2 =I_d/2 =0,5I_d.

В моменты времени, когда один из вентилей открыт на закрытый вентиль подается разность потенциалов между точками 1 и 2. Поэтому наибольшее обратное напряжение U_обр вентиля определяется амплитудами напряжений U_2m двух полуобмоток трансформатора

Активная мощность, отдаваемая в нагрузку, определяется действующим значением напряжения U₂:

.

В то же время активная мощность, отдаваемая в нагрузку в виде постоянных составляющих тока и напряжения, определяется средним значением напряжения U_d =0,9U₂:

Рис. 4. Эпюры сигналов на элементах схемы однофазного нулевого выпрямителя

Практически пятая часть мощности передается в нагрузку в виде переменной составляющей, что указывает на некачественное (неполное) выпрямление и необходимость дополнительных средств (фильтров) подавления переменной составляющей. Расчетная мощность трансформатора S_тр=1,48Р_d.