Устройство, созданное для преобразования энергии источника переменного тока в неизменный ток именуется выпрямителем. Выпрямитель может быть представлен в виде структурной схемы, представленной на рис. 1.

Охарактеризуем главные элементы схемы:

а) силовой трансформатор служит для согласования входного и выходного напряжения выпрямителя и электронного разделения отдельных цепей выпрямителя (т.е. делит питающую сеть и сеть нагрузки);

б) блок вентилей обеспечивает однобокое протекание тока в цепи нагрузки, в итоге чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее;

в) сглаживающий фильтр предназначен для уменьшения пульсации напряжения на нагрузке до требуемого значения;

г) стабилизатор напряжения, служащий для стабилизации среднего значения выпрямленного напряжения при колебаниях напряжения питающей сети либо при изменении тока нагрузки.

Рис. 1 – Структурная схема выпрямителя

Соотношения меж параметрами в выпрямительном устройстве почти во всем зависят от схемы выпрямления. Под схемой выпрямления понимают схему соединения обмоток трансформатора и порядок присоединения вентилей ко вторичным обмоткам трансформатора.

Схемы выпрямления (выпрямители) систематизируют по последующим главным признакам:

1. По числу фаз источника питания переменного напряжения различают выпрямители однофазового тока и выпрямители трехфазного тока.

2. По методу подключения вентилей ко вторичной обмотке трансформатора – нулевые схемы, с внедрением нулевой (средней) точки вторичной обмотки трансформатора и мостовые схемы, в каких нулевая точка изолирована либо вторичные обмотки трансформатора соединены в треугольник.

Схема однофазового мостового выпрямителя

Временные диаграммы напряжений и токов мостового выпрямителя

При положительной полярности напряжения на вторичной обмотке трансформатора (полярность указана без скобок) на интервале 0 – υ1 (0 – π), ток проводят диоды Д1 и Д2. Падение напряжения на диодиках на интервале проводимости близко к нулю (вентили безупречные), потому к нагрузке прикладывается положительная полуволна напряжения вторичной обмотки трансформатора, создавая на ней напряжение ud = u2. На интервале υ1 – υ2 (π — 2π) поменяется полярность напряжений u1 и u2 на оборотную, что приведет к отпиранию диодов Д3 и Д4. При всем этом напряжение u2 будет подключено к нагрузке с той же полярностью, что и на прошлом интервале. Как следует, выходное напряжение ud при чисто активной нагрузке мостового выпрямителя имеет вид однополярных полу-волн напряжения (ud = u2).

3. По потребляемой нагрузкой мощности выпрямители делятся на маломощные (единицы кВт), средней мощности (10-ки кВт) и большой мощности (Рпот > 100 кВт).

4. Независимо от мощности выпрямителя все схемы делятся на однотактные либо однополупериодные и двухтактные (двухполупериодные).

Однотактные – это схемы, у каких ток протекает по вторичным обмоткам трансформатора один раз за период (полупериод либо его часть). Все нулевые схемы являются однотактными.

Временные диаграммы однофазового выпрямителя с нулевым выводом при активной нагрузке

Двухполупериодное выпрямление в схеме достигается выполнением трансформатора с 2-мя вторичными обмотками. Обмотки соединены поочередно и имеют общую нулевую (среднюю) точку. Свободные концы вторичных обмоток трансформатора присоединены к анодам вентилей Д1 и Д2, а связанные меж собой катоды вентилей образуют положительный полюс выпрямителя. Отрицательным полюсом выпрямителя является общая (нулевая) точка соединения вторичных обмоток. Таким макаром трансформатор служит в этой схеме как для согласования величины питающего напряжения и напряжения на нагрузке, так и для сотворения средней (нулевой) точки. Разумеется, что напряжения на выводах вторичных обмотках трансформатора u1 и u2 (либо ЭДС е1 и е2) схожи по величине и смещены относительно нулевой точки на 180°, т.е. находятся в противофазе.

В каждый момент времени проводит ток тот диодик, потенциал анода которого положителен. Потому на интервале 0 – π открыт диодик Д1 и к сопротивлению нагрузки Rн (Rd) приложено фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора ud = u2-1. Диодик Д2 в интервале 0 – π закрыт, потому что к нему приложено отрицательное напряжение. В конце интервала напряжения и токи в схеме равны нулю.

На последующем интервале работы схемы π — 2π напряжения на первичной и вторичной обмотках изменяют свою полярность на оборотную, потому диодик Д2 будет открыт, а диодик Д1 – закрыт. Дальше процессы в схеме выпрямления повторяются. Кривая выпрямленного напряжения ud состоит из однополярных полуволн фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора. Форма тока нагрузки при чисто активной нагрузке повторяет форму напряжения. Диоды Д1 и Д2 проводят ток попеременно в течение полупериода.

5. По предназначению:

а) маломощные выпрямители, обычно однофазовые, употребляют в системах управления, для питания отдельных узлов электрической аппаратуры, в измерительной технике и др.;

б) выпрямители средней и большой мощности служат источниками питания промышленных установок.

6. Схемы выпрямления делятся на обыкновенные и сложные. К обычным схемам относятся однофазовые и трехфазные, нулевые и мостовые схемы. В сложных (либо составных схемах) несколько обычных схем соединяются поочередно либо параллельно.

7. По виду (нраву) нагрузки. Для однофазовых схем выпрямления свойственны значимые пульсации выпрямленного напряжения. Для уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке употребляют сглаживающие фильтры, выполняемые на базе реактивных частей дросселей (L) и конденсаторов (С). Нрав входной цепи сглаживающего фильтра вместе с нагрузкой определяют вид нагрузки выпрямителя. Различают работу выпрямителя на активную нагрузку (R – НГ), активно-индуктивную нагрузку (RL – НГ), активную нагрузку и емкостный фильтр (RC – НГ).

Общим для всех выпрямителей является их применение в большей степени при RL – НГ. Это разъясняется тем, что маломощные выпрямители в большинстве случаев работают LC – фильтром, а массивные выпрямители — с L – фильтром.

7. По методу управления различают неуправляемые и управляемые выпрямители.

к.т.н. Коляда Л. И.