ВЫПРЯМИТЕЛИ

Выпрямитель - устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное свойство выпрямителя - сохранение направления протекания тока при изменении полярности входного напряжения.

По количеству выпрямленных полуволн выпрямители делят на однополупериодные и двухполупериодные.

По числу фаз силовой сети различают однофазные, двухфазные, трехфазные и шестифазные выпрямители.

ОДНОФАЗНЫЙ ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Однофазный однополупериодный выпрямитель пропускает на вход одну полуволну питающего напряжения.



Рис. 1 - Схема и принцип работы однофазного однополупериодного выпрямителя

Во время положительного полупериода, диод находится в открытом положении и пропускает через себя ток на нагрузку. Когда приходит очередь отрицательного полупериода, устройство запирается, и питание на нагрузку не поступает. То есть происходит как бы отсечение отрицательной полуволны (на самом деле это не совсем верно, поскольку при данном процессе всегда имеется обратный ток, его величина определяется характеристикой I_обр).

В результате, как видно из графика (рис. 1), на выходе мы получаем импульсы, состоящие из положительных полупериодов, то есть, постоянный ток. В этом и заключается принцип работы выпрямительных полупроводниковых элементов.

Импульсное напряжение, на выходе такого выпрямителя подходить только для питания малошумных нагрузок, примером может служить зарядное устройство для кислотного аккумулятора фонарика.

На практике такие схемы находят ограниченное применение в связи с плохим использованием трансформатора и сглаживающего фильтра. Простота конструкции является единственным её достоинством.

К числу недостатков однодиодного выпрямителя можно отнести:

• 
  Низкий уровень КПД, поскольку отсекаются отрицательные полупериоды, эффективность устройства не превышает 50%.
  
• 
  Напряжение на выходе примерно вдвое меньше, чем на входе.
  
• 
  Высокий уровень шума, что проявляется в виде характерного гула с частотой питающей сети. Его причина – несимметричное размагничивание понижающего трансформатора (собственно именно поэтому для таких схем лучше использовать гасящий конденсатор, что также имеет свои отрицательные стороны).
  

---

ОДНОФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ (ДИОДНЫЙ МОСТ)

Однофазный мостовой выпрямитель является двухполупериодным выпрямителем. Существенно отличие такой схемы (от однополупериодной) заключается в том, что напряжение на нагрузку подается в каждый полупериод. Из-за удвоенного количества диодов ограничено его применение при низких напряжениях. Трансформатор в такой схеме используется наиболее полно.



Рис. 2 - Схема и принцип работы диодного моста

Как видно из приведенного рисунка в схеме задействовано четыре полупроводниковых выпрямительных элемента, которые соединены таким образом, что при каждом полупериоде работают только двое из них. Распишем подробно, как происходит процесс:

• 
  На схему приходит переменное напряжение U_вх. Во время положительного полупериода образуется следующая цепь: VD4 – R – VD2. Соответственно, VD1 и VD3 находятся в запертом положении.
  
• 
  Когда наступает очередность отрицательного полупериода, за счет того, что меняется полярность, образуется цепь: VD1 – R – VD3. В это время VD4 и VD2 заперты.
  
• 
  На следующий период цикл повторяется.
  

Как видно по результату (рис. 2,б), в процессе задействовано оба полупериода и как бы не менялось напряжение на входе, через нагрузку оно идет в одном направлении. Такой принцип работы выпрямителя называется двухполупериодным.

Его преимущества очевидны:

• 
  Поскольку задействованы в работе оба полупериода, существенно увеличивается КПД (практически вдвое).
  
• 
  Пульсация на выходе мостовой схемы увеличивает частоту также вдвое (по сравнению с однополупериодным решением).
  
• 
  Как видно из графика (рис. 2,б), между импульсами уменьшается уровень провалов, соответственно сгладить их фильтру будет значительно проще.
  
• 
  Величина напряжения на выходе выпрямителя приблизительно такая же, как и на входе.
  

Помехи от мостовой схемы незначительны, и становятся еще меньше при использовании фильтрующей электролитической емкости. Благодаря этому такое решение можно использовать в блоках питания, практически, для любых радиолюбительских конструкций, в том числе и тех, где используется чувствительная электроника.

---

Заметим, совсем не обязательно использовать четыре выпрямительных полупроводниковых элемента, достаточно взять готовую сборку в пластиковом корпусе.

ДРУГИЕ ТИПЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Двухфазный двухполупериодный выпрямитель

Двухфазный двухполупериодный выпрямитель представляет из себя два параллельно соединенных однофазных однополупериодных выпрямителя. Характеризуется улучшенным использованием трансформатора и сглаживающего фильтра. Другое название такого выпрямителя - выпрямитель со средней точкой.

   Рис. 4 - Схема двухфазного двухполупериодного выпрямителя

Однофазный выпрямитель с удвоением напряжения

Однофазный выпрямитель с удвоением напряжения представляет собой последовательное соединение однополупериодных выпрямителей. В первом полупериоде через диод VD1 заряжается конденсатор C1, а во втором полупериоде через диод VD2 заряжается конденсатор C2. Выходное напряжение представляет собой сумму напряжений на конденсаторах - удвоенную амплитуду напряжения вторичной обмотки.

  

Рис. 5 - Схема однофазного выпрямителя с удвоением напряжения

Трехфазный выпрямитель с нулевой точкой

Трехфазный выпрямитель с нулевой точкой обладает значительно меньшими пульсациями выходного напряжения и их утроенной частотой по сравнению с однофазным двухполупериодным выпрямителем. Этой позволяет упростить фильтр а иногда и вообще обойтись без него. Но такой схеме присуще подмагничивание трансформатора постоянным током, что ухудшает его использование.

  

Рис. 6 - Схема трехфазного выпрямителя с нулевой точкой

Трехфазный мостовой выпрямитель

Трехфазный мостовой выпрямитель

---

 (схема Ларионова) по сравнению с предыдущей схемой характеризуется отсутствием подмагничивания трансформатора, еще меньшим коэффициентом пульсаций, и их вдвое большей частотой.

  

Рис. 7 - Схема трехфазного мостового выпрямителя


Таблица 1

Основные характеристики схем выпрямителей при работе на резистивную нагрузку
Характеристика	Тип выпрямителя
	Однофазный со средней точкой	Однофазный мостовой	Трехфазный с нулевой точкой	Трехфазный мостовой
Действующее напряжение вторичной обмотки (фазное), U2	2×1,11Uн	1,11Uн	0,855Uн	0,43Uн
Действующий ток вторичной обмотки, I2	0,785Iн	1,11Iн	0,58Iн	0,82Iн
Действующий ток первичной обмотки, I1	1,11Iн / n	1,11Iн / n	0,48Iн / n	0,82Iн / n
Расчетная мощность трансформатора, Pтр	1,48Pн	1,23Pн	1,35Pн	1,045Pн
Обратное напряжение на диоде, Uобр	3,14Uн	1,57Uн	2,1Uн	1,05Uн
Среднее значение тока диода, Iд ср	0,5Iн	0,5Iн	0,33Iн	0,33Iн
Действующее значение тока диода, Iд	0,785Iн	0,785Iн	0,587Iн	0,58Iн
Амплитудное значение тока диода, Iдm	1,57Iн	1,57Iн	1,21Iн	1,05Iн
Частота основной гармоники пульсаций	2f	2f	3f	6f
Коэффициент пульсаций выходного напряжения, Kп	0,67	0,67	0,25	0,057

---

• 
  U_н=N_дU_пр+U_в - расчетное значение напряжения на нагрузке
  
• 
  N_д - число последовательно включенных диодов
  
• 
  U_пр - прямое падение напряжения на диоде
  
• 
  U_в - среднее значение выпрямленного напряжения
  
• 
  I_н - расчетное значение тока через нагрузку
  
• 
  n=U₁/U₂ - коэффициент трансформации
  
• 
  P_н - расчетное значение мощности нагрузки
  
• 
  f - частота питающей сети
  

---

Смотрите также файлы

• Бекітемін Директор Ф. Латыпова 20222023 оу жылына арналан бжб жне тжб ткізу кестесі.docx

• 2020Возрастная категория ВзрослыеГод окончания действия 2022.pdf

• Лекция 10 Воздействие горного производства на недра. Охрана недр в горнодобывающей промышленности.pdf

• Учебнометодическое пособие по учебной дисциплине Силовая преобразовательная техника.pdf

• Занятие 5 Задание Максимальное количество баллов 3 б.rtf