Принцип работы однофазного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой

Главная » Справочник » Принцип работы однофазного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой

Хотя полуволновой выпрямитель используется в некоторых схемах с низким энергопотреблением, например, пиковый детектор, он редко используется в силовых выпрямителях. Более популярным силовым выпрямителем является двухполупериодный выпрямитель.

Двухполупериодный выпрямитель является более сложным по конструкции, чем полуволновой выпрямитель, но он обладает некоторыми значительными преимуществами. Он использует оба полупериода синусоидальной волны, в результате чего выходное постоянное напряжение выше, чем у полуволнового выпрямителя.

Еще одним преимуществом является то, что выходное напряжение имеет гораздо меньше пульсаций, что облегчает получение плавного выходного сигнала.

Двухполупериодный выпрямитель

Для выпрямления обоих полупериодов синусоиды в двухполупериодном выпрямителе используются два диода, по одному на каждую половину цикла. Также в таком выпрямителе используется трансформатор, имеющий во вторичной обмотке центральный отвод.

Двухполупериодный выпрямитель похож на два полуволновых выпрямителя. На следующем рисунке показана двухполупериодная схема выпрямителя.

Работу этой схемы легко понять по одному полупериоду за раз. Рассмотрим первый полупериод, когда точка A положительна по отношению к C. В это время диод D1 смещен в прямом направлении, а диод D2 — в обратном. Следовательно, только верхняя половина вторичной обмотки трансформатора обеспечивает ток в течение этого полупериода. Это создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе.

В течение следующего полупериода полярность напряжения источника меняется на противоположную. Теперь точка B положительна по отношению к C. На этот раз диод D2 смещен в прямом направлении, а диод D1 — в обратном. Как вы можете видеть, только вторая половина вторичной обмотки трансформатора обеспечивает ток. Это также создает положительное напряжение на нагрузочном резисторе, как и раньше.

В результате выпрямленный ток нагрузки протекает в течение обоих полупериодов, благодаря чему мы получаем двухполупериодный сигнал на нагрузке.

Блок питания 0…30В/3A

Набор для сборки регулируемого блока питания…

Подробнее

Величина выходного напряжения

Поскольку двухполупериодный выпрямитель выдает выходной сигнал в течение обоих полупериодов, он имеет в два раза больше положительных циклов, чем полуволновой выпрямитель. В результате среднее значение напряжения также в два раза больше:

Среднее значение напряжения за один цикл рассчитывается по следующей формуле:

Это уравнение указывает нам на то, что значение постоянного напряжения  составляет около 63,6% от пикового значения. Например, если пиковое напряжение входного сигнала составляет 10 В, напряжение на выходе выпрямителя будет 6,36 В

Когда вы измеряете при помощи вольтметра сигнал с выхода двухполупериодного выпрямителя, показания будут равны среднему значению.

Аппроксимация второго порядка

В действительности мы не получаем идеальное двухполупериодное напряжение на нагрузочном резисторе.

Из-за потенциального барьера, диод не включается, пока напряжение источника не достигнет около 0,7 В. Таким образом, выходное напряжение на 0,7 В ниже идеального пикового выходного напряжения.

Выходная частота

Двухполупериодный выпрямитель инвертирует каждый отрицательный полупериод, удваивая количество положительных полупериодов. Из-за этого у двухполупериодного выпрямителя на выходе есть в два раза больше циклов, чем на входе.

Поэтому частота двухполупериодного сигнала в два раза превышает входную частоту:

Например, если частота источника составляет 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц.

Фильтрация напряжения двухполупериодного выпрямителя

Выходной сигнал, который мы получаем от двухполупериодного выпрямителя, представляет собой пульсирующее постоянное напряжение, которое увеличивается до максимума, а затем уменьшается до нуля.

Чтобы получить напряжение без пульсаций, нам необходимо отфильтровать выходной сигнал. Один из способов сделать это — подключить конденсатор, известный как сглаживающий конденсатор, через нагрузочный резистор, как показано ниже:

 

Изначально конденсатор не заряжен. В течение первой четверти цикла диод D1 смещен в прямом направлении, поэтому конденсатор начинает заряжаться. Зарядка продолжается до тех пор, пока напряжение не достигнет своего пикового значения. В этот момент напряжение на конденсаторе будет равно Vp.

После того, как входное напряжение достигает своего пика, оно начинает уменьшаться. Как только входное напряжение станет меньше Vp, напряжение на конденсаторе будет выше входного напряжения, которое закроет диод.

Когда диод не проводит, конденсатор разряжается через нагрузку, пока не будет достигнут следующий пик. Когда наступает следующий пик, диод D2 кратковременно открывается и заряжает конденсатор до пикового значения.

 

Недостатки двухполупериодного выпрямителя

Одним из недостатков двухполупериодного выпрямителя является необходимость в трансформаторе, имеющий во вторичной обмотке центральный отвод. По этой причине в мощных источниках питания размеры и стоимость таких трансформаторов существенно возрастают. Вот почему использование выпрямителя с центральным отводом оправдана только в устройствах с низким энергопотреблением.

Еще одним недостатком является то, что из-за центрального отвода для выпрямления используется только половина вторичного напряжения.

Чтобы избежать этих недостатков можно использовать мостовой двухполупериодный выпрямитель.

Инвертор 12 В/ 220 В

Инвертор с чистой синусоидой, может обеспечивать питание переменно…

Подробнее

2.2 Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)

 Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним (нулевым) выводом вторичной обмотки трансформатора (рис. 1.3, а) применяют в низковольтных устройствах. Он позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери, но имеет более низкий коэффициент использования трансформатора и, следовательно, большие габариты по сравне­нию с однофазным мостовым выпрямителем, который рассмотрен ниже. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой.

 Необходимым элементом данного выпрямителя является трансформатор с двумя вторичными обмотками. Выпрямитель со средней точкой является по существу двухфазным, так как вторичная обмотка трансформатора со средней точкой создает две ЭДС, равные по величине, но противоположные по направлению. Таким образом, схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток относительно средней точки сдвинуты по фазе на 180º.

 Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу двухполупериодного выпрямителя со средним выводом на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентилях, представлены на рис. 1.3,б.

 

Рис. 1.3. Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).

 

 Вторичные обмотки трансформатора подключены к анодам вентилей VD₁ и VD₂. Напряжения на вторичных обмотках трансформатора w

21 и w₂₂ находятся в противофазе. Поэтому диоды схемы VD₁ и VD₂ проводят ток поочередно, каждый в соответствующий полупериод питающего напряжения. В течение первого полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD₁ и ток i_vd1 проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w₂₁ трансформатора. В течение второго полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD₂, ток i_vd2 проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w₂₂ трансформатора, причем в цепи нагрузки ток i_d  проходит в том же направлении, что и в первый полупериод.

 Таким образом, в отличие от простейшего однополупериодного выпрямителя в выпрямителе со средней точкой выпрямленный ток проходит через нагрузку в течение обоих полупериодов переменного тока, но каждая из половин вторичной обмотки трансформатора оказывается нагруженной током только в течение полупериода. В результате встречного направления м.д.с. постоянных составляющих токов вторичных обмоток i₂₁ и i₂₂ в сердечнике трансформатора 

нет вынужденного подмагничивания.

 Рассмотрим расчет коэффи­циента использования трансформатора по мощности для выпрямителя без потерь при активной нагрузке на примере двухполупериодной схемы со средней точкой.

 Выходное напряжение u_d снимается в данной схеме между средней (нулевой) точкой трансформатора и общей точкой соединения катодов обоих вентилей. Среднее напряжение на нагрузке

т.е. между средним значением выпрямленного напряжения и действующим значением существует то же соотношение, что связывает среднее и действующее значение синусоидального тока.

Среднее значение тока через нагрузку: I_{d =} U_d / R_{d .}

Поскольку ток i_d протекает через диоды поочередно, средний ток через каждый диод составит: 

I_{vd =} I_d / 2,

Обратное напряжение прикладывается к закрытому диоду, когда проводит ток другой диод. Поскольку к закрытому диоду в этой схеме максимально прикладывается двойное амплитудное напряжение вторичной стороны, то

Величина U_d при расчете выпрямителя является заданной, поэтому находим действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

Габаритная мощность вторичных обмоток трансформатора

Габаритная мощность первичной обмотки трансформатора

S_{1 =} U₁ / I₁ ;               U_{1 =} U₂ / n;          I_{1 =} n I₂;

 

Коэффициент использования трансформатора по мощности в двухполупериодной схеме со средней точкой

 Таким образом, габаритная мощность трансформатора в двухполупериодной схеме со средней точкой в 1,48 раза превышает мощность в нагрузке.

Преобразователи

со средней точкой (с центральной полосой) и резистивной (R) нагрузкой

На рис. 1 показана схема двухимпульсного преобразователя средней точки с резистивной нагрузкой. В схеме двухполупериодного выпрямителя этого типа используются два тиристора. подключен к вторичной обмотке трансформатора с отводом от середины, как показано на рис. Рисунок 1. Входной сигнал подается через трансформатор на вторичную обмотку с центральным отводом.

Во время положительного полупериода переменного тока питания, т.е. когда клемма A трансформатор положителен относительно клеммы $B,$ или вторичной обмотки терминал A положительна относительно $N, \operatorname{SCR}_{1}\left(T_{1}\right)$ имеет прямое смещение и $\mathrm{SCR}_{2}$ $\left(T_{2}\right)$ имеет обратное смещение. Поскольку импульсы запуска на затворы не подаются. SCR, изначально они находятся в выключенном состоянии. Когда $\mathrm{SCR}_{1}$ срабатывает под углом открытия $\alpha$ ток будет течь от клеммы A через $\mathrm{SCR}_{1},$ резистивную нагрузку R и обратно к центральному отводу трансформатора.

Этот путь тока также показан на рис.1. Этот ток непрерывно течет до угла $\pi$, когда линия напряжение меняет полярность и $\mathrm{SCR}_{1}$ отключается. В зависимости от значения $\alpha$ и параметры цепи нагрузки, угол проводимости $\mathrm{SCR}_{1}$ может быть любым значение от 0 до $\pi .$

Во время отрицательного полупериода переменного тока питания, клемма B трансформатор положителен по отношению к $N . \mathrm{SCR}_{2}$ имеет прямое смещение. Когда $\mathrm{SCR}_{2}$ при срабатывании под углом $(\pi+\alpha),$ ток будет течь от клеммы $B,$ через $\mathrm{SCR}_{2},$ резистивная нагрузка и обратно к центральному отводу трансформатора. Этот ток продолжается до угла $2\pi,$, после чего $\mathrm{SCR}_{2}$ отключается. Здесь предполагается, что оба тиристоры срабатывают с одинаковым углом открытия, следовательно, они делят нагрузку тока одинаково.

Каждая половина входной волны применяется к нагрузке. Таким образом, через нагрузки, есть два импульса тока в одном направлении. Отсюда пульсация частота на нагрузке вдвое больше частоты входного питания. осциллограммы напряжения и тока этой конфигурации показаны на рис.2. это есть из рис.2 видно, что при чисто резистивной нагрузке ток нагрузки всегда прерывистый.

Соотношение напряжения и тока определяется следующим образом

9{\frac{1}{2}}$$

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ РЕДАКТИРОВАТЬ

Однофазный двухполупериодный управляемый выпрямитель (или преобразователь)

В случае однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя (или преобразователя) используются как положительная, так и отрицательная половины источника переменного тока, поэтому действующее значение постоянного напряжения высокое. и уровень пульсаций меньше по сравнению с однополупериодными выпрямителями. Существует две основные конфигурации однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя. Их классификация основана на типе используемой конфигурации, т. е. преобразователях со средней точкой и мостовых преобразователях. Диоды, используемые в двухполупериодных выпрямителях, могут быть частично или полностью заменены тиристорами.

Преобразователи со средней точкой (M-2) Подключение:

В однофазной схеме двухполупериодного управляемого выпрямителя со средней точкой используются два тиристора и однофазный трансформатор со вторичными обмотками с отводом от средней точки. Эти преобразователи иногда называют двухимпульсными преобразователями , потому что два запускающих импульса или две группы запускающих импульсов должны генерироваться в течение каждого цикла питания для запуска различных тиристоров. Такие схемы обычно используются для выходов с низким номиналом.

1. С резистивной нагрузкой:

Схема преобразователя средней точки с резистивной нагрузкой показана на рис. 27.7. В этой схеме два тиристора подключены к вторичной обмотке трансформатора с отводом от середины, как показано на рис. 27.7. Входной сигнал подается через трансформатор на вторичную обмотку с отводом от средней точки. Работа схемы поясняется ниже.

Когда клемма A, показанная на схеме, положительна относительно. средняя точка N вторичной обмотки трансформатора, точка B будет иметь отрицательную полярность по отношению к середина. В этом случае тиристор ТН ₁ проводит при выстреле под углом α. Ток через нагрузку и напряжение на нагрузке показаны осциллограммами на рис. 27.8. Ток продолжает течь до угла π радиан или 180°, когда напряжение питания меняет полярность и тиристор TH ₁ отключается естественной коммутацией. Во время отрицательного полупериода переменного тока клемма B вторичной обмотки трансформатора положительна по отношению к до средней точки N. Тиристор TH ₂ включается при закрытии. Обычно углы открытия двух тиристоров принимают равными, чтобы избежать неравномерного распределения тока нагрузки в двух половинах входного цикла.

Каждая половина входной волны подается на нагрузку. Таким образом, через нагрузку проходят два импульса тока в одном направлении. Следовательно, частота пульсаций на нагрузке вдвое больше частоты входного питания. Из рис. 27.8 видно, что при чисто резистивной нагрузке ток нагрузки всегда носит прерывистый характер.

Соотношение напряжения и тока определяется следующим образом.

Выходное постоянное напряжение на резистивной нагрузке определяется как

Средний ток нагрузки определяется как

Выражение для среднеквадратичного значения напряжения нагрузки для заданного угла включения α: Нагрузка: Влияние индуктивной нагрузки в случае преобразователя средней точки такое же, как и в случае однополупериодного преобразователя, рассмотренного ранее. Схема преобразователя средней точки с использованием индуктивной нагрузки показана на рис. 27.9, а соответствующие формы сигналов показаны на рис. 27.10. В положительном полупериоде тиристор ТН ₁ проводит при выстреле под углом α. Когда ωt = π, цикл меняется на противоположный, и напряжение на клемме A становится отрицательным, а на клемме B — положительным. При этом значении угла тиристор TH ₁ еще проводит ток за счет тока, циркулирующего в результате распада энергии, запасенной в дросселе. Скорость распада определяется отношением L/R. Когда энергия, запасенная в катушке индуктивности, падает до нуля, тиристор TH ₁ отключается и ток нагрузки падает до нулевого значения под углом, называемым углом погасания β. Угол затухания β может быть больше, равен или меньше угла возбуждения α в зависимости от того, больше, равно или меньше значение индуктивности критического значения соответственно. В случае, если угол погасания β больше угла включения α, говорят, что устройство находится в режиме непрерывной проводимости, а когда оба угла α и β имеют одинаковое значение, режим называется просто режим непрерывной проводимости . Сигналы, изображенные на рис. 27.10, относятся только к режиму проводимости, т. е. β = α. В случае прерывистого режима проводимости угол погасания β имеет значение меньше, чем угол возбуждения α.

Выходное постоянное напряжение на индуктивной нагрузке определяется выражением

Из приведенного выше уравнения можно сделать некоторые выводы:

1. Выходное напряжение будет иметь наибольшее значение при 0α = 06.
2. Выходное напряжение будет равно нулю при α = 90°. Это означает, что выходное напряжение будет содержать равные положительные и отрицательные области, давая нулевое выходное напряжение.
3. При угле открытия α более 90° преобразователь работает в инверсионном режиме. Напряжение будет иметь отрицательное максимальное значение при α = 180°.

Установлено, что выходную мощность можно регулировать до любого значения, изменяя угол открытия α от 0 до 90° в случае индуктивных нагрузок, а в случае резистивной нагрузки угол открытия α находится в диапазоне от 0° до 180° .

3. Эффект обратного диода: Схема, показанная на рис. 27.9, может быть модифицирована путем использования обратного диода, как показано на рис. 27.11. Принцип работы выпрямителя такой же, как и без обратного диода, за исключением того факта, что во время отрицательного цикла напряжение нагрузки становится равным нулю. Функция обратного диода состоит в том, чтобы отводить ток нагрузки от источника питания к диоду. Конечным результатом является то, что величина чистого тока намагничивания во вторичной обмотке трансформатора уменьшается, т. е. I _dc  sin Φ снижается.

Так как I _dc является током нагрузки и остается постоянным, уменьшается только sin Φ. Это означает, что угол Φ уменьшается, что приводит к увеличению коэффициента мощности. Таким образом, использование обратного диода улучшает коэффициент мощности нагрузки. Наличие обратного диода приводит к изменению формы волны. Когда напряжение питания меняется на противоположное, напряжение нагрузки уменьшается до нуля, так как оно закорочено диодом, проводящим ток, циркулирующий за счет энергии, запасенной в катушке индуктивности. Из осциллограмм, показанных на рис. 27.12, видно, что поведение тиристора при переключении в случае R-L нагрузки такое же, как и при чисто резистивной нагрузке.

Среднее выходное постоянное напряжение определяется как

Постоянный ток нагрузки определяется как

Из рис. угол открытия α, когда тиристоры не проводят ток. Следовательно, ток через обратный диод D _FW определяется как

Однофазный мостовой преобразователь (соединение B-2):

Для однофазного мостового преобразователя требуется 4 тиристора. Эта конфигурация приводит к работе в двух квадрантах. Такой преобразователь называется двухквадрантным преобразователем или полностью управляемым преобразователем . Часто мостовая схема модифицируется путем замены двух тиристоров на два диода. Эта конфигурация приводит к работе в одном квадранте (операция ограничена первым квадрантом). Такой преобразователь называется одноквадрантным преобразователем или полупреобразователем .

Нагрузка преобразователя может быть чисто активной, индуктивной (R-L) или R-L-E. Нагрузка R-L-E состоит из сопротивления, индуктивности и двигателя (E означает противо-ЭДС двигателя). Нагрузка также может иметь батарею (ЭДС E) вместо двигателя.

1. С резистивной нагрузкой: Полностью управляемый двухполупериодный мостовой выпрямитель показан на рис. 27.13. Работа этой схемы в принципе аналогична схеме двухимпульсной средней точки, показанной на рис. 27.7. Все четыре устройства, используемые в схеме, являются тиристорами ТН 9.0069 1 -TH ₄ для контроля выходной мощности. В этой схеме диагонально противоположная пара тиристоров запускается и коммутируется одновременно. В течение первого положительного полупериода тиристоры TH ₁ и TH ₃ смещены в прямом направлении, и при их одновременном срабатывании ток протекает через нагрузку через тиристор TH ₁ -нагрузка-TH ₃ -исток. Таким образом, в течение положительного полупериода тиристоры TH ₁ и TH ₃ проводят. Во время отрицательного полупериода переменного тока тиристоры TH ₂ и TH ₄ смещены в прямом направлении, и если они срабатывают одновременно, ток протекает через нагрузку через тиристор TH ₂ -нагрузка-TH ₄ — источник. Тиристоры ТН ₁ , ТН ₃ и ТН ₂ , ТН ₄ срабатывают при одном и том же угле открытия α в каждом положительном и отрицательном полупериодах напряжения питания соответственно. Когда напряжение питания падает до нуля, ток также становится равным нулю. Таким образом, тиристоры ТН ₁ , TH ₃ в положительном полупериоде и TH ₂ и TH ₄ в отрицательном полупериоде отключаются естественной коммутацией. Соответствующие формы сигналов напряжения и тока для этой цепи изображены на рис. 27.14.

Соотношения для V _dc , I _dc , V _{L rms} и I _{L rms} для этой конфигурации моста аналогичны уравнениям. (27.12), (27.13), (27.14) и (27.15) соответственно.

2. С индуктивной нагрузкой: На рис. 27.15 показан однофазный полностью управляемый мостовой выпрямитель (или полный преобразователь) с нагрузкой R-L. Полностью управляемый мостовой выпрямитель обеспечивает два импульса в каждом цикле, как и в случае двухполупериодного преобразователя со средней точкой. Принцип работы и формы сигналов этой схемы аналогичны полученным для двухполупериодного преобразователя со средней точкой. Углы открытия обеих пар тиристоров предполагаются равными. Большое значение L приведет к постоянному установившемуся току в нагрузке. Небольшое значение L приведет к прерывистому току нагрузки при больших углах открытия. Осциллограммы с двумя разными углами зажигания изображены на рис. 27.16.

Форма волны напряжения на клеммах постоянного тока включает устойчивую составляющую постоянного тока, наложенную на пульсирующую составляющую переменного тока, имеющую основную частоту, равную удвоенной частоте переменного тока.

Как показано на рис. 27.16 (а), при угле открытия α = 60° срабатывают тиристоры TH ₁ и TH ₃ . Напряжение питания с этого момента появляется на выходных клеммах и пропускает ток через нагрузку. Ток нагрузки I _dc считается постоянным. Этот ток также протекает через источник питания, и он направлен от линии к нейтрали, что считается положительным, как показано на рис. 27.16 (а), вместе с приложенным напряжением. В момент π напряжение питания меняется на противоположное, но из-за очень большой индуктивности L ток продолжает течь в том же направлении с постоянной величиной I _DC . Таким образом, тиристоры TH ₁ и TH ₃ остаются в проводящем состоянии, и поэтому на выходных клеммах появляется отрицательное напряжение питания. На угол π + α срабатывают тиристоры ТН ₂ и ТН ₄ . При этом отрицательное напряжение питания смещает тиристор ТН ₁ через тиристор ТН ₂ и тиристор ТН ₃ через тиристор ТН ₄ коммутирующего тиристора ТН ₁ и ТН ₃ . Ток продолжает течь в каждом полупериоде, и выходное напряжение получается, как показано на рисунке. Как показано, ток положительный, когда TH ₁ и TH ₃ являются проводящими, и отрицательный, когда TH ₂ и TH ₄ являются проводящими.

Среднее выходное напряжение постоянного тока определяется как

Среднее значение выходного постоянного напряжения может непрерывно изменяться путем изменения угла включения α от положительного максимума до отрицательного максимума, предполагая непрерывный ток на клеммах постоянного тока. Поскольку среднее постоянное напряжение является обратимым, несмотря на то, что ток в нагрузке однонаправленный, поток мощности в преобразователе может быть в любом направлении. Таким образом полный преобразователь обеспечивает два режима работы.

(a) Режим выпрямления: Для угла включения α менее 90° входной источник переменного тока выпрямляется схемой. Среднее значение напряжения на клеммах постоянного тока положительно в диапазоне от 0° до 90°, как показано на рис. 27.16 (в). В этом режиме мощность передается от источника к нагрузке.

(b) Инверсионный режим: При углах включения от 90° до 180° напряжение нагрузки отрицательное, что означает, что питание подается от нагрузки к источнику. Осциллограммы для α = 135° показаны на рис. 27.16 (б). Такая операция используется в режиме рекуперативного торможения приводов постоянного тока и при передаче постоянного тока высокого напряжения (HVDC).

3. С нагрузкой R-L-E: Схема схемы однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя с нагрузкой R-L-E показана на рис. 27.17 (a). Во время положительного полупериода тиристоры TH ₁ и TH ₃ смещены в прямом направлении и начинают проводить при ωt = α. Ток нагрузки протекает через TH ₁ , двигатель и TH ₃ . При ωt = π напряжения питания меняются местами. Из-за индуктивности L тиристоры TH ₁ и TH ₃ продолжают проводить ток за пределами ωt = π. От ωt = π до ωt = 2π тиристоры ТН ₃ и TH ₄ имеют прямое смещение. При срабатывании ТН ₂ и ТН ₄ при ωt = π + α тиристоры ТН ₁ и ТН ₃ подвергаются обратному смещению и отключаются естественной коммутацией. Ток нагрузки передается от TH ₁ и TH ₃ к TH ₂ и TH ₄ . Этот режим работы продолжается до тех пор, пока TH ₁ и TH ₃ не сработают в следующем положительном полупериоде. Квадранты работы и формы волны показаны на рис. 27.17 (б) и 27.17 (в).

Если нагрузка сильно индуктивная, постоянная времени L/R очень велика, а выходной ток I _dc остается постоянным.

Значение α должно быть таким, чтобы при срабатывании тиристоров мгновенное значение входного переменного напряжения V _max sin ωt было больше, чем ЭДС E. Это устанавливает нижний предел угла открытия α. Среднее выходное напряжение преобразователя получается из уравнения (27. 20).

Для непрерывного тока нагрузки можно записать

В течение периода от α до π входное напряжение и входной ток положительны, и мощность течет от источника к нагрузке. Говорят, что преобразователь работает в режиме выпрямления . В течение периода от π до π + α входное напряжение отрицательно, но входной ток положительный, и обратная мощность течет от нагрузки к источнику питания. Но поток полезной мощности идет от источника переменного тока к нагрузке постоянного тока, потому что (π – α) > α [Рис. 27.17 (c)]

Этот преобразователь широко используется в промышленных установках мощностью до 15 кВт.

Однофазный полууправляемый мостовой выпрямитель или полупреобразователь:

Когда одна пара тиристоров заменяется диодами в однофазной полностью управляемой мостовой схеме, результирующая схема называется полууправляемым мостовым выпрямителем или полупреобразователем . С помощью этого типа схемы можно обеспечить непрерывный контроль среднего напряжения постоянного тока от максимума до практически нуля, но реверсирование среднего выходного напряжения невозможно. Таким образом, от этой схемы можно получить только одноквадрантную операцию.

Нагрузка R-L-E, питаемая от однофазной сети переменного тока через полууправляемый выпрямитель, показана на рис. 27.18 (а). В схеме два тиристора TH ₁ и TH ₂ и два диода D ₁ и D ₂ . Обратный диод D _FW помогает проводить ток, когда тиристор не проводит ток.

Во время положительного полупериода тиристор TH ₁ срабатывает при ωt = α и начинает проводить. Значение α должно быть таким, чтобы V _max sin α > E. Ток протекает через TH ₁ , двигатель и диод D ₁ от ωt = α до ωt = π. При ωt = π входное напряжение становится отрицательным, а обратный диод D _FW смещен в прямом направлении. Таким образом, при ωt = π тиристор TH ₁ и диод D ₁ перестают проводить ток, и ток передается на D _FW . Во время отрицательного полупериода тиристор TH ₂ смещен в прямом направлении, и при его срабатывании при ωt = π + α обратный диод D _FW перестает проводить ток, и ток передается на комбинацию TH ₂ , D ₂ . TH ₂ и D ₂ проводят от ωt = π + α к ωt = 2π. При ωt = 2π тиристор TH ₂ и диод D ₂ выключаются, и ток через D _FW свободно протекает от ωt = 2π до ωt = 2π + α. При ωt = 2π + α снова срабатывает тиристор TH ₁ и начинается следующий цикл работы. Таким образом, схема работает так: D _FW проводит при 0 ≤ ωt ≤ α; ТД ₁  и D ₁  поведение при α ≤ ωt ≤π; D _FW проводит для π ≤ ωt ≤ π + α; и TH ₂ и D ₂ проводят для π + α ≤ ωt ≤ 2π.

Квадрант работы и формы сигналов показаны на рис. 27.18 (б) и 27.18 (в) соответственно.

Среднее выходное напряжение полупреобразователя задается как

Средний ток нагрузки задается как

Среднеквадратичное значение напряжения нагрузки (или выхода) полупреобразователя задается как

Среднеквадратичное значение тока нагрузки,

Выходная мощность,

Предполагается, что выходной ток l _out не имеет пульсаций. когда выходное напряжение меньше максимального, т. е. когда угол затухания α велик. Полупреобразователи обеспечивают лучший коэффициент мощности по сравнению с полными преобразователями, хотя улучшение незначительно.

Преимущества однофазного мостового преобразователя по сравнению с однофазным преобразователем средней точки:

1. Тиристоры подвергаются PIV E _max в полностью управляемом мостовом преобразователе и 2E _max в преобразователе средней точки. Таким образом, при одинаковых номинальных напряжениях и токах тиристоров мощность, обрабатываемая мостовой схемой, примерно вдвое превышает мощность, обрабатываемую схемой со средней точкой.
2. В конфигурации со средней точкой каждая вторичная обмотка трансформатора должна обеспечивать питание всей нагрузки. Таким образом, номинальная мощность трансформатора в конфигурации средней точки вдвое превышает номинальную нагрузку. Однако это не относится к конфигурации моста.