Выпрямления переменного тока
По определению переменным называется ток, изменяющийся во времени по величине и знаку. Постоянный ток - это ток, не изменяющийся во времени. Он характеризуется постоянным значением I0. Пульсирующий ток изменяет свою величину но не меняет направления. Он оценивается средним значением, которое чаще называют постоянной составляющей выпрямленного тока I0, коэффициентом пульсации Kп и частотой пульсации. Коэффициентом пульсации называется отношение пикового значения переменной составляющей пульсирующего тока (напряжения) к постоянной составляющей:
.
(1)
Рисунок 1
Б
лок-схема
выпрямительного устройства приведена
на рисунке
2.
Трансформатор в схеме ВИП необходим
для получения на его вторичной обмотке
нужного напряжения. Одновременно с этим
он обеспечивает гальваническую развязку
питающей сети.
Рисунок 2
Выпрямитель - устройство, в котором переменный ток преобразуется в пульсирующий с помощью полупроводниковых диодов. Так как коэффициент пульсации непосредственно на выходе выпрямителя, как правило, недопустимо велик, то после выпрямителя ставится фильтр, на выходе которого коэффициент пульсации много меньше, чем на входе. Для обеспечения постоянства напряжения на нагрузке (или тока в нагрузке) при изменении напряжения питающей цепи (или нагрузки) используется стабилизатор напряжения или тока.
К основным электрическим показателям относятся:
1) величина постоянного напряжения на выходе - выпрямленное напряжение (напряжение на нагрузке) Е0;
2) постоянная составляющая выходного тока - выпрямленный ток I0;
3) коэффициент пульсации Kп выходного напряжения (тока);
4) выходное сопротивление для переменных токов Rвых.
Выпрямители
В зависимости от числа фаз вторичной или первичной обмоток трансформатора схемы выпрямителей бывают однофазными, трехфазными и т. д. По числу импульсов тока во вторичной обмотке трансформатора за период схемы выпрямления бывают одноактными и двухтактными. По форме выпрямленного напряжения схемы делятся на однополупериодные и двухполупериодные. Свойства выпрямительного устройства зависят от его схемы, характера нагрузки и схемы сглаживающего фильтра.
На практике наибольшее применение нашли следующие схемы выпрямителей. При питании от сети однофазного тока: однополупериодная, однополупериодная удвоения напряжения, двухполупериодная со средней точкой, двухполупериодная без средней точки (мостовая), двухполупериодная схема удвоения напряжения. При питании от сети трехфазного тока: трехфазная с нулевым выводом, трехфазная (мостовая).
Однополупериодная схема выпрямления
В большинстве реальных схем источником напряжения служит трансформатор, первичная обмотка которого включается в сеть переменного тока, а вторичная через диод питает цепь нагрузки. В данном случае в контур, который замыкает вторичная обмотка трансформатора, входят помимо нее диод и резистор нагрузки (рисунок 1).
Рисунок 1
Эта схема наиболее простая из существующих схем выпрямителей. Она является однотактной, поскольку ток через вторичную обмотку трансформатора проходит только в течение одного полупериода, когда потенциал анода положителен. Для простоты изучения работы схемы считаем, что диод является идеальным элементом цепи, т. е. сопротивление его прямому току равно нулю, а сопротивление обратному току равно бесконечности. При прямом токе падение напряжения на диоде отсутствует и поэтому форма напряжения на нагрузке повторяет форму его на зажимах вторичной обмотки трансформатора.
Во время отрицательного полупериода, когда на аноде минус относительно катода, сопротивление диод бесконечно велико, поэтому ток через нагрузку не проходит и напряжение на ее зажимах равно нулю. В отрицательный полупериод напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора Uобр приложено к электродам диода.
В данной простейшей схеме в силу последовательного соединения элементов через вторичную обмотку трансформатора, диод и нагрузку проходит один и тот же ток, т.е. вторичная обмотка трансформатора используется только в течение одного положительного полупериода. Включение диодов во вторичную обмотку трансформатора существенно влияет на режим его работы. Физические процессы в трансформаторе усложняются. В некоторых случаях в сердечнике появляется постоянный магнитный поток, что приводит к искажению формы кривой тока в обмотках трансформатора. Вследствие увеличения намагничивающего тока возрастает ток первичной обмотки трансформатора, а, следовательно, и потери в ней. В отличие от тока вторичной обмотки ток первичной обмотки является чисто переменным т.е. не содержит постоянной составляющей. Вследствие не синусоидальности токов обмоток трансформатора и различной их формы действующие значения этих токов различны даже при коэффициенте трансформации, равном единице. В этом состоит главная особенность работы выпрямительных трансформаторов по сравнению с обычными трансформаторами.
Схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой
Схема (рисунок 2) состоит из трансформатора Тр с выводом средней точки и двух диодов Д1 и Д2.
Рисунок 2
В первый полупериод, когда потенциал точки а является положительным, а потенциал точки б - отрицательным относительно средней точки, ток проходит от точки а через диод Д1 нагрузку RH к средней точке вторичной обмотки. К диоду Д2 в это время приложено обратное напряжение, амплитуда которого равна удвоенному амплитудному значению напряжения на одной половине вторичной обмотки. Во второй полупериод в точке б - плюс, а в точке а - минус, т. е. работает диод Д2, а диод Д1 закрыт и находится под обратным напряжением. Таким образом, в течение обоих полупериодов ток через нагрузку проходит в одном и том же направлении. Диоды Д1 и Д2 работают поочередно.