:: ВЫПРЯМИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ::

ВЫПРЯМИТЕЛЬ

   Выпрямители — это устройства, преобразующие переменный ток в ток одного направления. Раньше это преобразование осуществлялось с помощью электрических машин — мотор-генераторов, но они требуют постоянного обслуживания, занимают много места и имеют низкий к. п. д. Поэтому в настоящее время для преобразования переменного тока в ток одного направления применяют более экономичные и удобные в эксплуатации ионные, электровакуумные и полупроводниковые приборы. Эти приборы имеют нелинейные вольт-амперные характеристики и обладают вентильным свойством. В проводящем направлении их сопротивление очень мало, а в непроводящем — очень велико. Поэтому при подведении положительной полуволны переменного напряжения вентиль открыт и он пропускает ток; при подведении отрицательной полуволны этого напряжения вентиль закрыт и ток не проходит.  

   Выпрямитель состоит из трех основных элементов: трансформатора, вентиля и сглаживающего фильтра. Иногда в схему входит также стабилизатор напряжения или тока. Трансформатор позволяет изменять питающее напряжение с целью получения заданной величины выпрямленного напряжения. В качестве вентилей могут использоваться полупроводниковые и вакуумные диоды, газотроны и тиратроны. Рассмотрим простейшие схемы выпрямителей.

   Последовательно со вторичной обмоткой II трансформатора и полупроводниковым вентилем В включено сопротивление R. На графике показано изменение напряжения на обмотке II трансформатора. Благодаря выпрямительному свойству ток через вентиль проходит только во время положительного полупериода напряжения. Этот ток, протекая через сопротивление R, создает на нем падение напряжения UR ~ IR.

   Ток I и напряжение UR являются пульсирующими. Чтобы сгладить пульсации, параллельно нагрузочному сопротивлению включают конденсатор С достаточно большой емкости. На графике показано изменение напряжения на обмотке II трансформатора.

   Напряжение на вентиле в любой момент времени равно алгебраической сумме напряжений на обмотке II трансформатора и на конденсаторе С. На рисунке показана полярность напряжений на конденсаторе и обмотке II трансформатора для положительного полупериода напряжения. Очевидно, ток через вентиль проходит тогда, когда напряжение на обмотке трансформатора не только положительное, но и больше напряжения конденсатора. При этом происходит заряд конденсатора через вентиль.

   Когда же напряжение на обмотке трансформатора отрицательное или меньше напряжения конденсатора, ток через вентиль не проходит и происходит разряд конденсатора через сопротивление. Разряд конденсатора происходит значительно медленнее заряда, так как величина нагрузочного сопротивления R значительно больше сопротивления вентиля Rв.

   Двухполупериодный выпрямитель представляет собой соединение двух однополупериодных выпрямителей, питающих общую нагрузку R.Вторичная обмотка имеет отвод от середин, причем каждая половина обмотки рассчитана на номинальное напряжение нагрузки. На рисунке показана схема с двумя вентилями, в которой вторичная обмотка трансформатора имеет отвод от средней точки. Когда напряжение в верхнем конце обмотки трансформатора положительно относительно средней точки, ток I1 идет через вентиль В1 в направлении, указанном стрелкой.

   При этом напряжение на нижнем конце обмотки отрицательно, и ток через вентиль В2 не проходит. Через полупериод полярность напряжений на концах обмотки меняется на обратную. Вентиль В1 запирается, а вентиль В2 открывается, и ток I2 проходит через вентиль В2. В обоих случаях через нагрузочное сопротивление R токи I1 и I2 проходят в одном направлении и создают суммарный пульсирующий ток I, равный I1 + I2.

   Мостовая схема выпрямления переменного тока на полупроводниковых вентилях работает следующим образом. Первичная обмотка трансформатора Тр подключается к сети переменного тока. Четыре полупроводниковых вентиля соединены в мост. К вершинам четырехугольника А и Б подключена вторичная обмотка трансформатора, а к вершинам Б и Г — нагрузка. Предположим, что направление переменной ЭДС вторичной обмотки трансформатора таково, что в первом полупериоде точка А имеет положительный потенциал, а точка В — отрицательный. При этом по цепи, состоящей из диода В1, сопротивления нагрузки rн,, диода В4 и вторичной обмотки трансформатора, потечет ток, так как диоды В1 и В4 оказываются включенными в проводящем направлении.

   Во второй полупериод полярность на выводах вторичной обмотки трансформатора меняется: в точке А будет отрицательный потенциал, в точке В — положительный. Ток течет от точки В к точке А через диод ВЗ, нагрузку и диод В2. Таким образом, в течение обоих полупериодов по сопротивлению нагрузки течет ток одного направления, т. е. мостовая схема дает двухполупериодное выпрямление. По сравнению с обычной двухполупериодной схемой мостовая схема имеет то преимущество, что трансформатор без среднего вывода более прост по конструкции и имеет меньшие размеры.