Материал: 2416

Uобр не должно превышать предельно допустимого значения. Чтобы прямой ток не превышал допустимого значения, последовательно с диодом должно быть включено токоограничивающее сопротивление (или какая-то нагрузка). Падение напряжения на открытом диоде Uпр невелико и составляет обычно (0,5–1,5) В.

В зависимости от предельно допустимой частоты тока и напряжения различают низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные диоды.

10.2. Выпрямители переменного тока

10.2.1. Основные понятия

Выпрямителем называют устройство с электрическими вентилями (диодами), предназначенное для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока.

На базе выпрямителей построены схемы преобразователей напряжения для питания радиоэлектронной аппаратуры. Мощные выпрямители применяются в электроприводе для питания двигателей постоянного тока.

Классическая схема преобразователя переменного напряжения в постоянное (рис. 10.6) состоит из трансформатора Тр, вентилей В, сглаживающего фильтра СФ.

Рис. 10.6. Блок-схема преобразователя переменного напряжения в постоянное

Трансформатор (обычно понижающий) изменяет величину переменного напряжения до необходимой величины. Вентили (диоды) образуют выпрямительную схему, преобразующую переменное напряжение в пульсирующее (постоянной полярности, но переменной величины). Сглаживающий фильтр уменьшает пульсацию выпрямленного напряжения. Иногда трансформатор или сглаживающий фильтр в преобразователе напряжения может отсутствовать.

Пульсирующее напряжение на выходе выпрямителя имеет сложную форму. Его можно представить в виде суммы постоянной и пе-

225

ременной составляющих. Переменная составляющая содержит гармоники основной частоты и кратных ей частот (высшие гармоники).

Важными параметрами выпрямителя являются: постоянная составляющего выпрямленного напряжения U0, постоянная составляющего выпрямленного тока I0, коэффициент пульсаций, равный отношению амплитуды переменной составляющей основной частоты выпрямленного напряжения к его постоянной составляющей

Варианты выпрямительных схем отличаются числом фаз переменного напряжения, схемой соединения вентилей, формой выпрямленного напряжения и другими особенностями.

10.2.2. Однополупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода, включенного последовательно с нагрузкой (рис. 10.7).

Рис. 10.7. Электрическая схема и форма напряжений однополупериодного выпрямителя

Ток через диод и сопротивление нагрузки протекает только в течение одной половины периода, когда к диоду приложено напряжение в прямом направлении (см. рис. 10.7). При обратном напряжении на диоде в течение второй половины периода (от π до 2π) диод закрыт. Таким образом, с выхода выпрямителя снимаются импульсы, создающие напряжение uн и ток i, пульсирующие с частотой питающего напряжения u1. Выпрямленное пульсирующее напряжение можно представить как сумму переменной и постоянной составляющих этого на-

226

пряжения. Постоянная составляющая выпрямленного напряжения U0 равна среднему за период значению выпрямленного напряжения

Среднее значение тока диода равно среднему току нагрузки, т.е. его постоянной составляющей

Недостатком данного выпрямителя является большое значение коэффициента пульсаций Кп≈1,57. Кроме этого, мощность трансформатора у такого выпрямителя используется неполностью.

Однополупериодные выпрямители применяются редко и лишь при небольшой мощности нагрузки.

10.2.3. Двухполупериодный выпрямитель

Лучшими свойствами обладает двухполупериодный выпрямитель, который бывает двух типов: с выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора и мостовой.

Мостовой выпрямитель (рис. 10.8) имеет четыре диода. В мостовой выпрямительной схеме диоды работают попарно через полпериода. Соответствующая пара диодов открыта, когда к каждому из них приложено напряжение в прямом направлении (см. рис. 10.8). В это время другая пара диодов закрыта.

Под действием обеих полуволн входного напряжения через сопротивление нагрузки ток всегда протекает в одном направлении не-

Мостовые выпрямители являются наиболее распространенными. Мощные выпрямители обычно выполняются по многофазным схемам, преимуществом которых являются равномерная загрузка фаз питающей сети и малые значения коэффициента пульсаций.

227

Выпрямитель состоит из шести диодов. В любой момент времени ток проводят два диода, на анодах которых в данный момент времени будет максимальный положительный потенциал, а на катодах – максимальный отрицательный потенциал (см. рис. 10.9). Из приведенной временной диаграммы видно, что каждый диод проводит ток в течение одной трети периода.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения для такой схемы

что позволяет применять такой выпрямитель без сглаживающего фильтра.

10.2.4. Сглаживающие фильтры

Однофазные выпрямители обычно снабжаются сглаживающими фильтрами, снижающими коэффициент пульсаций до допустимого значения. Эффективность фильтра оценивается коэффициентом сглаживания

где Кп – коэффициент пульсаций выпрямителя без фильтра; Кпф – коэффициент пульсаций выпрямителя с фильтром.

Простейший емкостный фильтр состоит из конденсатора, включенного на выходе выпрямителя параллельно нагрузке (рис. 10.10).

Действие конденсатора как элемента фильтра заключается в том, что в интервалы времени от 0 до π2 , от π до 3 π2 , когда пульсирующее

напряжение на выходе выпрямителя нарастает, конденсатор заряжается (см. рис. 10.10). При спаде выпрямленного напряжения (интерва-

лы от π2 до π, от 3 π2 до 2π) конденсатор, отдавая накопленную энер-

гию, разряжается через нагрузку. Ток разряда конденсатора по направлению совпадает с током нагрузки в интервалы времени от 0 до

π2 , от π до 3 π2 и тем самым компенсирует уменьшение тока нагрузки,

229