Однофазные выпрямители

Выпрямителем называется электронное устройство, преобразующее энергию переменного тока (обычно синусоидального) в энергию постоянного тока.

Основным элементом выпрямителя является полупроводниковый диод – вентиль.

Для преобразования однофазного переменного напряжения в источниках в основном используют три схемы: однополупериодную, двухполупериодную мостовая и двухполупериодную со средней точкой трансформатора. Схема однополупериодного выпрямителя и временные диаграммы приведены на рис. 17.2.

Выпрямитель состоит из трансформатора ТV, первичная обмотка кото­рого включена в сеть переменного тока, а последовательно со вторичной включен диод VD и сопротивление нагрузки. Трансформатор служит для по­лучения необходимого уровня переменного напряжения и гальванической раз­вязки цепей переменного и выпрямленного тока.

Рис. 17.2

Рассмотрим работу выпрямителя по временной диаграмме (рис. 17.2 б). При этом для простоты анализа будем считать активное сопротивление обмоток трансформатора и прямое сопротивление диода равными нулю. В первый полупе­риод (0 – ) напряжение положительно, диод открыт, в сопротивлении нагрузки возникает ток . Во время напряжение отрицательно – диод закрыт. Ток нагрузки равен нулю и все напряжение приложено ко вто­рому диоду.

Достоинством такой схемы является ее простота. Недостатками – высокий коэффициент пульсации выпрямленного напряжения и нали­чие постоянной составляющей тока во вторичной обмотке транс­форматора. Эти недостатки могут быть значительно уменьшены при использова­нии двухполупериодных схем выпрямления.

Двухполупериодный (мостовой) выпрямитель (рис. 17.3 а) состоит из транс­форматора ТV и четырех диодов VD1 – VD4, включенных по мостовой

Рис. 17.3

схеме. К одной диагонали моста подключена обмотка трансформатора, к другой – нагрузочное сопротивление . Каждая пара диодов работает поочередно. В первый полупериод напряже­ния U₂ открыты диоды VD1 и VD3, а VD2 и VD4 закрыты. Ток нагрузки протекает через диоды VD1, VD3 и сопротивление в направлении от точки 1 к точке 2. В следующий полупериод напряжение отрицательно, диоды VD1, VD3 заперты, а диоды VD2, VD4 открыты. Ток нагрузки протекает через диоды VD2, VD4 и сопротивление в направлении от точки 1 к точке 2. Временные диаграммы показаны на рис. 17.3 б.

а) б)

Рис. 17.4

В этой схеме среднее значение выпрямленных напряжения и тока, примерно, в два раза больше, а пульсации значительно меньше по сравнению с однополупериодным выпрямителем. В то же время количество диодов увеличилось в четыре раза.

Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора (рис. 17.4 а) можно рассматривать как объединенные вместе два однополупериодных выпрямителя. В каждый полупериод напряжения работает или верхняя, или ниж­няя часть схемы. При положительном напряжении диод VD1 открыт, диод VD2 закрыт. Ток нагрузки протекает через диод VD1 и от точки 1 к точке 2. В следующий полупериод положительно направление . Диод VD1 закрыт, VD2 – открыт. Ток нагрузки протекает через диод VD2 и также от точки 1 к точке 2 (рис. 17.4 б).

Эта схема имеет те же преимущества перед однополупериодным вы­прямителем, что и мостовая схема. Количество диодов в два раза меньше, чем у мостового выпрямителя, но применение трансформатора увеличивает ее массу и габариты.