Однофазный неуправляемый мостовой выпрямитель

Однофазный неуправляемый мостовой выпрямитель является двухполупериодным выпрямителем. Он получил наибольшее распространение в устройствах питающихся от однофазной сети. Его схема (рис. 5) содержит трансформатор TV, первичная обмотка которого подключена к сети с питающим напряжением u₁.

Вторичная обмотка с напряжением u₂ подключается к диагонали моста, построенного на вентилях V1…V4. Ко второй диагонали моста подключается нагрузка R_н.

Схема работает следующим образом. Пусть в рассматриваемый момент времени потенциал точки 1 больше потенциала точки 2, тогда потенциалы анодов вентилей V1 и V4 больше потенциалов их катодов.

Рис. 5. Схема однофазного мостового выпрямителя

Вентили V1 и V4 находятся под прямым напряжением, и они открываются. Вентили V2 и V3 находятся под обратным напряжением, и они закрываются. Через открытые V1 и V4 начинает протекать ток i_a1 (рис. 11) по цепи: точка 1, анод-катод вентиля V1, нагрузка R_н, анод-катод вентиля V4, точка 2, вторичная обмотка трансформатора ТV, точка 1.

Через полпериода полярность u₂ меняется на противоположное. Потенциал точки 2 становится больше потенциала точки 1. При этом на вентили V1 и V4 подается обратное напряжение, и они закрываются. Одновременно вентили V2 и V3 оказываются под прямым напряжением. У них потенциал анода больше потенциала катода, и они открываются. При этом начинает протекать ток i_a2 по цепи: точка 2, анод-катод вентиля V3, нагрузка R_н, анод-катод вентиля V2, точка 1, вторичная обмотка трансформатора ТV, точка 2.

Через нагрузку R_н оба полупериода протекает пульсирующий знакопостоянный ток i_d = i_a1+ i_a2 (рис. 6), подтверждающий эффект выпрямления. На нагрузке появляется пульсирующее падение напряжения u_d, которое пульсирует два раза за период питающего напряжения u₁, поэтому фазность выпрямителя m=2.

Рис. 6. Эпюры сигналов на элементах схемы однофазного мостового выпрямителя

Коэффициент пульсацииопределяется на основании выражения (3) q = 2/( m²-1)= 2/( 2²-1)=0,67. В соответствии с выражением (4) среднее значение выпрямленного напряжения U _d

Из предыдущей формулы устанавливается связь действующего значение напряжения U₂ и выпрямленного напряжения U_d

По среднему значению выпрямленного напряжения U_d определяется среднее значение выпрямленного тока I_d

Действующее значение вторичного тока I₂ трансформатора составляет I₂=1,11I_d.

Каждую половину периода ток i_d протекает через пару вентилей (V1 и V4 или V2 и V3). Угол λ₁ открытого состояния вентилей V1 и V4 и угол λ₂ открытого состояния вентиля V2 и V3 равны λ₁= λ₂= π, поэтому средние значения анодных токов вентилей V1 … V4 так же равны I_а1 = I_а2 = I_а3 = I_а4 =I_d/2 =0,5I_d.

При открытом состоянии одной пары вентилей на каждый закрытый вентиль другой пары подается разность потенциалов точек 1 и 2 (рис. 10) т. е. напряжение u₂. Наибольшее обратное напряжение U_обр вентиля определяется амплитудой U_2m напряжения u₂

Расчетная мощность трансформатора составляет S_тр=1,23Р_d.

Основные параметры однофазных выпрямителей при работе на активную нагрузку приведены в табл. 1.

Сопоставительный анализ параметров нулевого и мостового выпрямителей показывает на практически полное совпадение значений параметров за исключением обратного напряжения вентилей, которое определяет их область применения.

При относительно небольших выходных напряжениях (до 100 В), когда важен КПД, а обратное напряжение не существенно, предпочтительней использовать нулевую схему.

Это позволяет в два раза уменьшить потери мощности, так как ток нагрузки в каждый момент времени протекает лишь по одному вентилю. В остальных случаях следует использовать мостовой выпрямитель, который имеет более простой трансформатор, расчетная мощность которого меньше.