Выпрямительные устройства. 
Основы электроники

Выпрямители служат для преобразования переменного (синусоидального) напряжения в напряжение постоянного тока с помощью полупроводниковых выпрямительных диодов.

В схеме однонолупериодного выпрямителя (рис. 2.28, а) ток 1_Н через диод проходит в нагрузку R_n только в положительные полупериоды напряжения U₂, так как в отрицательные полупериоды оно запирает диод. Ток в нагрузке (заштрихован) имеет прерывистый характер, а его постоянная составляющая /₀ представляет собой среднее значение тока, протекающего за период, и создает на нагрузке постоянную составляющую напряжения, равную (согласно разложению функции в ряд Фурье):

где U_2max и U₂ — амплитудное и действующее значения синусоидального напряжения вторичной обмотки трансформатора. По заданному U₀ можно найти U₂ и определить необходимый коэффициент трансформации U_l/ U₂ при известном напряжении (/, питающей сети переменного тока.

В отрицательный полупериод к запертому диоду приложено обратное напряжение

поэтому диод выбирают так, чтобы его допустимое обратное напряжение удовлетворяло условию ^₀бр.дои — ^а допустимый через диод прямой ток — условию /_ср доп > 1₀.

Рис. 2.28. Выпрямительные устройства и графики, поясняющие их работу:

а — однополупериодный выпрямитель: б — двухполупериодный выпрямитель Схема двухполупериодного выпрямителя состоит из четырех диодов, включенных по так называемой мостовой схеме (рис. 2.28, б).

Напряжение U₂ в положительный полупериод открывает диоды VI) 1 и VD3 и от точки А к точке В по цепи «VD1— R_n—VD3» протекает ток нагрузки 1_п = /) з При этом диоды VD2 и VDA заперты.

В отрицательный полупериод напряжение U₂ открывает диоды VD2 и VDA и ток /" = /₂ 4 течет от точки В к точке А по цепи «VD2—R" — VDA», проходя по нагрузке в одном и том же направлении.

В этой схеме постоянные составляющие тока /₀ и напряжения U₀ в два раза выше, чем в однополупериодной схеме:

Оценим обратное напряжение, приложенное, например, к диоду VD2 в положительный полупериод напряжения U₂.

При открытом диоде VD 1 потенциал точки А' близок к положительному потенциалу точки А обмотки трансформатора, а ее отрицательный потенциал точки В приложен к другому выводу диода VD2. Значит, к диоду VD2 приложено обратное напряжение вторичной обмотки трансформатора [/_о6р = t/_2max, т. е. такое же, как и в однополупериодной схеме.

Ток, протекающий через каждый из диодов, /_ср = /₀ / 2, г. е. в два раза меньше, чем в однополупериодном выпрямителе.

Пример 2.7.

Найти параметры диодов и коэффициент трансформации трансформатора для мостовой схемы выпрямителя (см. рис. 2.28, б), если необходимо получить мощность в нагрузке Р₀ = 600 Вт и напряжение U₀ = 115 В при напряжении сети 220 В (нагрузка чисто активная).

Решение. Напряжение вторичной обмотки трансформатора должно быть.

Следовательно, необходим понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации К = 220 / 127 = 1,73.

Постоянный ток в нагрузке

Следовательно, необходимы диоды, допустимый ток которых /_{срд (ш} > >5,2 / 2 = 2,6 А, а допустимое обратное напряжение.

Трехфазные выпрямители применяют при больших мощностях, так как они равномерно нагружают трехфазную сеть.

Вторичная обмотка трансформатора, соединенная звездой с нулевым проводом, подключена к нагрузке R_n через три диода (рис. 2.29, а). Ток через каждый диод протекает в течение 1/3 периода Т, когда напряжение фазной обмотки, с которой соединен диод, выше напряжения обмоток двух других фаз. На рис. 2.29, в заштрихована форма напряжения, подаваемого к нагрузке, и имеющая значительно меньшие пульсации, чем в схемах рис. 2.28.

Рис. 2.29. Трехфазные выпрямители:

а — трансформаторный; б — бестрансформаторный; в — график, поясняющий работу выпрямителя В трехфазном выпрямителе соотношения для чисто активной нагрузки таковы:

где t/_2max и U₂ — амплитудное и действующее значения фазного напряжения, а средний ток через диод /_ср = /₀ / 3.

В бестрансформаторном трехфазном выпрямителе (рис. 2.29, б) соотношения для чисто активной нагрузки равны:

где 1/_тях и U — амплитудное и действующее значения линейного напряжения сети, а средний ток через каждый из шести диодов 1_ср — /₀ / 3.

Пример 2.8.

Чему равно выпрямленное напряжение бестрансформаторного трехфазного выпрямителя (см. рис. 2.29, б), подключенного к сети с линейным напряжением U = 380 В, и на какое обратное напряжение должны быть рассчитаны диоды?

Решение. Постоянное напряжение равно U₀ ~ 1,35 • 380 = 513 В и диоды должны быть рассчитаны на обратное напряжение U_tlflp = l/_max = [2? U = [2 ? 380 = 537 В.