НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Мощность однофазных неуправляемых выпрямителей переменного тока колеблется от десятков до нескольких сотен ватт. Основными схе­­мами однофазных выпрямителей являются: однополупериодная и двухпо­лупери­од­ная (мос­то­вая или со средней точкой).

Однофазная однополупериод­ная схема выпрямления (рис. 22.2, а) с активной нагрузкой является про­­стейшей из известных схем вы­пря­мле­ния. Она состоит из сил­­о­вого тран­сформатора Тр, одного венти­ля (диода) VD и нагрузки R_н. Первичная обмотка трансфор­ма­­тора включена в сеть переменного тока с напряжением u₁; к вторичной об­­­мотке с напряжением u₂ последовательно подключены диод VD и нагрузка (резистор R_н).

Временные диаграммы нап­ря­жения u₂ вторичной обмотки трансформатора, напряжения на нагрузке u_н и на вентиле u_d представлены на рис. 22.2, б, в и г.

Ток i_н в нагрузке протекает толь­ко при положительной полуволне вторичного напряжения u₂ трансформатора, т. е. когда напря­жение на аноде диода более положительное, чем на его катоде. При этом напряжение на диоде U_пр < 2 В. При отрицательной полуволне u₂ диод закрыт, максимальное обратное напряжение на диоде U_обр.max » U_2m.

Ток в нагрузке R_н протекает только в один полупериод синусоидального напряжения, отсюда название выпрямителя – однополупериодный.

Среднее выпрямленное напря­жение и ток за период

.

Амплитуда U_m.ог основной гармоники выпрямленного напряжения, определенная из разложения в ряд Фурье,

Тогда коэффициент пульсации

Однофазные полупроводниковые выпрямители используют для питания устройств, требующих малого тока и высокого напряжения, например, для питания электронно-лучевых трубок, трубок рентгеновских аппаратов и др.

К недостаткам этих выпрямителей следует отнести униполярный ток, который, проходя через вторичную обмотку, намагничивает сердечник трансформатора, изменяя его характеристики и уменьшая КПД; малое значение выпрямленного напряжения (U_ср » 1/3U_2m); высокий уровень пульсаций (q_n = 1,57) и большое обратное напряжение на диоде (U_обр » U_2m).

Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя (рис. 22.3, а) состоит из трансформатора Тр и четырех диодов, собранных по мостовой схеме.

Од­на из диагоналей моста соединена с выводами вторичной обмотки транс­форматора, вторая диагональ – с нагрузкой R_н. Положительным полюсом нагрузки является общая точка соединения катодов вентилей, отрицательным – точка соединения анодов. Временные диаграммы выпрямленного напряжения u_н и тока i_н приведены на рис. 22.3, б. В положительный полупериод синусоидального напряжения u₂, когда точка 1 находится под положительным, а точка 2 под отрицательным потенциалами, ток i₂' протекает через вентиль VD1, сопротивление нагрузки R_н и вентиль VD3. Вентили VD2 и VD4 в этот момент закрыты, так как находятся под обратным нап­

Во второй полупериод, когда в точке 1 вторичной обмотки отрицательный потенциал, а в точке 2 – положительный, ток i₂'' протекает через вентиль VD2, резистор R_н и вентиль VD4 в направлении, указанном стрелками с одним штрихом. Вентили VD1 и VD3 в этот момент закрыты, так как находятся под обратным напряжением.

Таким образом, токи i₂' и i₂'', протекающие через нагрузку R_н, совпадают по направлению. Кривые напряжения и тока на нагрузке (см. рис. 22.3, б) повторяют (при прямом напряжении на диодах U_пр » 0) по величине и форме выпрямленные полуволны напряжения и тока вторичной обмотки трансформатора. Они пульсируют от нуля до максимального значения U_2m.

Среднее значение выпрямленного напряжения и тока (постоянные составляющие):

, где

Амплитуда основной (второй) гармоники выпрямленного напряжения, определенная из разложения в ряд Фурье,

Тогда коэффициент пульсации

Обратное напряжение на вентиле

В двухполупериодной схеме выпрямления в сравнении с однополупериодной значительно лучше исполь­зуется трансформатор, меньше коэффициент пульсации (q_п » 0,67), хотя его величина остается значительной.