Однополупериодный выпрямитель, принцип действия, коэффициент пульсации выпрямленного тока

Выпрямлением называется процесс преобразования переменного тока в постоянный при помощи устройств, обладающих односторонней проводимостью. Устройства, используемые при этом, называются выпрямительными.

Выпрямительное устройство (ВУ) обычно состоит из трёх основных элементов:

• — трансформатора (изменяет величину переменного напряжения из источника питания, приводя её к величине требуемого напряжения);
• — электрического вентиля (непосредственно осуществляет выпрямление переменного тока), бывают полупроводниковые, вакуумные электронные, газоразрядные;
• — сглаживающего фильтра (уменьшает пульсацию выпрямленного тока и напряжения на выходе ВУ).

При выпрямлении переменного тока, в зав-ти от числа фаз сети, питающей ВУ, и характера нагрузки, а также требований для выпрямленного тока и напряжения, электрические вентили соединяются по различным схемам. При выпрямлении однофазного переменного тока простейшими схемами выпрямления является однополупериодная и двухполупериодная однотактные однофазные схемы. Однотактными выпрямительными схемами наз-ся такие схемы, при которых ток во вторичной обмотке трансформатора протекает только в одном направлении.

Схема однополупериодного выпрямителя:

При подаче переменного sin-идального напряжения на первичную обмотку трансформатора напряжение на зажимах вторичной его обмотки также будет переменным синусоидальным и будет равно U2=U2msinwt. Диод проводит электрический ток только в том случае, когда его анод относительно катода будет иметь положительный потенциал. Поэтому ток в цепи — вторичная обмотка, диод и нагрузка — будет протекать только в одном направлении, то есть в течение одной половины периода переменного напряжения U2. В результате этого ток, протекающий в цепи нагрузки, оказывается пульсирующим. Максимальное значение тока:

Im=U2m/RH,.

где RH — сопротивление потребителя постоянного тока.

Кривая получаемого в процессе однополупериодного выпрямления пульсирующего тока может быть разложена в гармонический ряд Фурье:

i=Im (1/р+½ sinwt-2/3р•1 cos2wt-…).

Пульсирующий ток, как видно из выражения, кроме переменных составляющих содержит также и постоянную I0=Im/р. Отсюда постоянная составляющая напряжения.

U0=I0RH=Im/р • RH=U2m/р.

Через действующее значение напряжения:

U0=v2 • U2/р.

Переменные составляющие характеризуют величину пульсаций тока и напряжения.

Для оценки пульсаций при какой-либо схеме выпрямления вводится понятие коэффициента пульсаций q, под которым понимается отношение амплитуды Am наиболее резко выраженной гармонической составляющей, входящей в кривые выпрямленного тока или напряжения, к постоянной составляющей Aв токанапряжения в выходной цепи выпрямителя: q=Am/AB.

Для схемы однополупериодного выпрямителя: q=0.5Im/(1/р • Im)=р/2.

В течение половины периода, когда анод диода имеет отрицательный относительно катода потенциал, диод тока не проводит. Напряжение, воспринимаемое диодом в непроводящий полупериод, называется обратным напряжением Uобр. Обратное напряжение на диоде будет определяться напряжением на вторичной обмотке. Максимальное значение напряжения Uобрm=U2m. Значит, вентиль надо выбирать так, чтобы [Umax обр]>=U2m.

Недостатки такой схемы выпрямления: большие пульсации выпрямленного тока и напряжения, а также плохое использование трансформатора, поскольку по его вторичной обмотке протекает ток только в течение половины периода. Такую установку используют в маломощных системах, когда выпрямленный ток мал.