Выпрямитель — статическое устройство, служащее для преобразования переменного тока источника электроэнергии (сети) в неизменный. Выпрямитель состоит из трансформатора, вентильной группы и сглаживающего фильтра (рис. 1).

Трансформатор Тр делает несколько функций: изменяет напряжение сети Uвх до значения U1 нужного для выпрямления, электрически отделяет нагрузку Н от сети, конвертирует число фаз переменного тока.

Вентильная группа ВГ конвертирует переменный ток в пульсирующий однонаправленный. Сглаживающий фильтр СФ уменьшает пульсации выпрямленного напряжения (тока) до значения, допустимого для работы нагрузки. Трансформатор Тр и сглаживающий фильтр СФ не являются неотклонимыми элементами схемы выпрямителя.

Рис. 1. Структурная схема выпрямителя

Основными параметрами, характеризующими качество работы выпрямителя, являются:

• средние значения выпрямленного (выходного) напряжения Uср и тока Iср,

• частота пульсаций fп выходного напряжения (тока),

• коэффициент пульсаций р, равный отношению амплитуды напряжения пульсаций к среднему значению выходного напряжения. Заместо коэффициента пульсаций р нередко употребляют коэффициент пульсаций по первой гармонике равный отношению амплитуды первой гармоники выходного напряжения к его среднему значению,

• наружняя черта — зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока,

• к. п. д. η = Pполезн / Pпотр = Pполезн / (полезн + Ртр + Рвг + Рф), где Ртр, Рвг, Рф — мощность потреь в трансформаторе, в вентильной группе и сглаживающем фильтре.

Работа выпрямителя (вентильной группы) базирована на свойствах вентилей — нелинейных двухполюсников, пропускающих ток в большей степени в одном (прямом) направлении.

В качестве вентилей употребляют обычно полупроводниковые диоды. Вентиль, владеющий нулевым сопротивлением для прямого тока и имеющий нескончаемо огромное сопротивление для оборотного тока, именуют безупречным.

Вольт-амперные свойства реальных вентилей приближаются к в. а. х. безупречного вентиля. Для работы в выпрямителях вентили выбирают по эксплуатационным характеристикам, к которым относятся:

• больший (прямой) рабочий ток I срmaх — максимально допустимое среднее значение выпрямленного тока, протекающего через вентиль при его работе в однополупернодной схеме на активную нагрузку (при обычных для данного вентиля критериях остывания и температуры, не превосходящей предельного значения),

• наибольшее допустимое оборотное напряжение (амплитуда) Uобрmaх — оборотное напряжение, которое вентиль выдерживает в течение долгого времени. Обычно, напряжение Uобрmaх равно половине напряжения пробоя,

• прямое падение напряжения Uпр — среднее значение прямого напряжения в однополупернодной схеме выпрямления, работающей на активную нагрузку при номинальном токе.

• оборотный ток Iобр — значение тока, протекающего через вентиль, при приложении к нему допустимого оборотного напряжения,

• наибольшая мощность Рmах — очень допустимая мощность, которая может быть рассеяна вентилем.

Схемы выпрямления

Более всераспространенные схемы выпрямления показаны на рисунках, где приняты последующие обозначения: mс — число фаз напряжения сети, m1 — число фаз напряжения на входе схемы выпрямления (на выходе трансформатора), m = fп / fc — коэффициент, равный отношению частоты пульсации выходного напряжения к частоте напряжения сети. В качестве вентилей всюду изображены полупроводниковые диоды.

Самые всераспространенные схемы выпрямления и формы выходного напряжения при работе на активную нагрузку:

Однофазовая однополупериодная схема выпрямления (mc=1, m1=1, m=1)

Однофазовая двухполупериодная схема выпрямления (мостовая схема выпрямления mc=1, m1=1, m=2)

Однофазовая схема выпрямления с выводом средней точки (mc=1, m1=2, m=2)

Трехфазная схема выпрямления с выводом нейтрали (mc=3, m1=3, m=3)

Трехфазная мостовая схема выпрямления (mc=3, m1=3, m=6)

Главные соотношения для схем выпрямления при работе на активную нагрузку Rн в предположении идеальности трансформатора и вентилей приведены в таблице:

Школа для электрика