Мостовая схема (рис. 1.3) состоит из трансформатора и четырех диодов VD1 – VD4. Переменное напряжение u2ф подводится к одной диагонали моста, а нагрузка rВ, LВ подключается к другой его диагонали. Диоды VD1, VD2 образуют катодную группу, VD3 – VD4 – анодную. Предполагаем вначале, что нагрузка выпрямителя носит активный характер (см. рис. 1.3, ключ К замкнут).
В положительный полупериод (0 – θ1) напряжения u2ф верхний конец обмотки трансформатора имеет положительную полярность, а нижний – отрицательную (без скобок). В соответствии с этим открываются диоды VD1 и VD3, а диоды VD2 и VD4 запираются. Ток проходит по пути «а – VD1 – rВ – VD3 – б». В результате, к нагрузке прикладывается положительная полуволна напряжения u2ф. В следующий полупериод θ1 – θ2 (см. рис. 1.1, б) полярность напряжения изменяется (см. рис. 1.3, полярность в скобках). При этом диоды VD1, VD3 запираются, а диоды VD2, VD4 оказываются открытыми, и ток нагрузки замыкается по контуру «б – VD2 – rВ – VD4 – а». Направление тока через нагрузку rВ осталось таким же, как и в предыдущий полупериод. Нужно заметить, что ток протекает всегда по двум последовательно соединенным диодам. Следовательно, падение напряжения в диодах в мостовой схеме в два раз выше, чем в нулевой.
Во вторичной обмотке ток проходит дважды за период в противоположных направлениях, поэтому вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током отсутствует.
Из изложенного принципа работы следует, что точка соединения катодов имеет положительный потенциал выпрямленного напряжения, а точка соединения анодов – отрицательный. Включение индуктивности LВ в цепь нагрузки (см. рис. 1.3, ключ К разомкнут) приводит к изменению формы и расчетных величин токов. Кривые напряжений и токов в мостовой схеме при различном характере нагрузки имеют такой же вид, как в нулевой схеме (см. рис. 1.1, б – д). В отличие от нулевой схемы (см. рис. 1.1, а) действующие значения тока I2 вторичной обмотки трансформатора в мостовой схеме для активной и индуктивной нагрузки соответственно равны:
В связи с этим изменяются расчетные значения мощностей S1, S2, SТ Параметры, характеризующие работу мостовой схемы, приведены в таблице 1.1.
В мостовой схеме, возможно одновременно получить два значения выпрямленного напряжения: Ud и Ud/2, если вывести среднюю точку трансформатора (рис. 1.3). Проводя сравнительный анализ рассмотренных однофазных схем выпрямления, нулевой и мостовой (см. рис. 1.1, 1.3 и таблицу 1.1), можно сделать следующие выводы:
1. Обе схемы проводят ток в течение обоих полупериодов сетевого напряжения, поэтому они называются двухполупериодными.
2. Кратность пульсаций выпрямленного напряжения по отношению к частоте сети в обеих схемах равна m = 2. Коэффициенты пульсации одинаковы.
3. При одинаковых значениях выходных параметров выпрямителей Ud, Id амплитуда обратного напряжения в мостовой схеме в два раза меньше, а число диодов в два раза больше, чем в нулевой схеме. В связи с этим нулевую схему целесообразнее использовать для управления низковольтными машинами.
4. Использование трансформатора в мостовой схеме эффективнее (примерно на 20 %), чем в нулевой.
5. Мостовая схема может работать без трансформатора, если величина выпрямленного напряжения соответствует напряжению сети. Схему с нулевым выводом без трансформатора осуществить невозможно.
6. Остальные параметры обеих схем выпрямления, характеризующие использование диодов по току (kI), и его реакции на питающую сеть (kИ, kГ) одинаковы.