Однофазные схемы выпрямителей.

Классификация выпрямителей.

 

По назначению:

Выпрямители – преобразуют синусоидальное напряжение в постоянный ток.

Детекторы – выделяют из смеси переменных напряжений (модулированный сигнал - несущая и модулирующий сигнал) модулирующее напряжение. По сути это выпрямитель, но выделяется переменное напряжение низкой частоты.

 

По виду переменного тока подаваемому на вход выпрямителя:

- однофазные – на вход выпрямителя подаётся однофазное напряжение;

- трёхфазные – на вход выпрямителя подаётся трёхфазное напряжение;

- многофазные – на вход выпрямителя подаётся многофазное напряжение (больше 3 фаз – 6, 12 и т.д.).

 

По количеству используемых полупериодов переменного напряжения:

- однополупериодные;

- двухполупериодные, мостовые и с удвоением напряжения.

 

Однофазные схемы выпрямителей.

Однополупериодный выпрямитель.

Схема однополупериодного выпрямителя представлена на рис. 1.

Схема.

Схема состоит из сетевого разъёма (вилки) XP 1, тумблера включения сети   SA 1, предохранителя F 1, трансформатора TV 1, выпрямительного диода VD 1, нагрузочного резистора R _н. При рассмотрении схем выпрямителей элементы XP 1, SA 1, F 1 на их работу никакого влияния не оказывают, поэтому в дальнейшем упоминаться не будут.

Работа выпрямителя.

Предположим, что на выводе 1 вторичной обмотки трансформатора находится «+» (положительный полупериод), а на выводе 2 «-». Получается, что к аноду диода VD 1 приложен «+», а катоду - «-», следовательно, диод VD 1 открыт. В этом случае ток пойдет, так как показано на рис.1, то есть от «+» к   «-». Образуется следующая цепь: вывод 1 вторичной обмотки TV 1 - VD 1- амперметр - R _н - вывод 2 вторичной обмотки TV 1. Через резистор нагрузки R _н ток проходит сверху вниз, следовательно, на верхнем выводе резистора будет «+», а на нижнем   «-». При отрицательном полупериоде полярность на выводах обмотки трансформатора сменится на противоположную. Образуется следующая цепь: вывод 2 вторичной обмотки TV 1 - R _н - VD 1 - вывод 1 вторичной обмотки TV 1. В этом случае диод будет закрыт VD 1 и ток через резистор R _н не пойдёт, так как R _{обр д}» R _н.

 

а)                                                                             б)

Рис. 1 Однополупериодный выпрямитель.

 

На осциллограммах (см. рис.1)  видно, что ток в нагрузке проходит только половину периода входного напряжения. Маленький ток, проходящий в нагрузке за время второго полупериода это обратный ток диода, а он очень маленький по сравнению с прямым током. На осциллографе этого тока не видно, а на рисунке он увеличен для наглядности. То есть через нагрузку протекает пульсирующий ток, и он может быть описан рядом Фурье.

Параметры выпрямителя.

К параметрам выпрямителя относятся:

- U ₀ – выпрямленное напряжение;

- I ₀ – выпрямленный ток;

- U ₂ – напряжение на вторичной обмотке трансформатора, входное напряжение;

- I ₂ – ток на вторичной обмотке трансформатора, входной ток;

- U _обр – обратное напряжение на диоде;

- I _прд – прямой ток диода;

- K _п – коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения;

- f _п – частота пульсаций.

Постоянная составляющая тока I ₀ проходящего через резистор нагрузке определяется средним током:

I ₀ = = , учитывая, что i ₂ = I _{2 m} · sinωt,

то I ₀ = = = .

Так как ω· T =2· π, то I ₀ =2· I _{2 m} /2· π =0,318· I _{2 m}.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения определяется по закону Ома. U ₀ = I ₀ · R _н =0,318· I _{2 m} · R _н =0,318· U _{2 m}.

Найдём соотношение между действующим значением напряжения U ₂ на вторичной обмотке трансформатора и U ₀. Так как, U _{2 m} =√2· U ₂, то U ₀ =0,318· U _{2 m} =0,318·√2· U ₂ =0,45· U ₂; U ₂ =2,22· U ₀

Во время отрицательного полупериода всё напряжение вторичной обмотки трансформатора прикладывается к диоду    

U _обр = U _{2 m} = U ₀ /0,318=3,14· U ₀.

Среднее значение I _{пр д} не должно быть ниже I ₀.

Так как при однополупериодном выпрямлении I ₀ =0,636 · I ₂ , то есть постоянная составляющая меньше тока во вторичной обмотке.

Габаритная мощность трансформатора P _тр =3,09· P ₀

Одним из важных параметров выпрямителя является K _п – коэффициент пульсаций:

K _п = U _{1 m} / U ₀ = U _{2 m} / 2· U ₀ = π · U ₀ / 2· U ₀ = π / 2=1,57.

Частота пульсаций равна частоте первой гармонике ряда Фурье, а, следовательно, частоте сети, то есть f _п = mf _с, где: m - номер первой гармоники в выпрямленном напряжении. Для нашего случая m =1. Для  частоты сети 50 Гц f _п = 50 Гц.

Достоинства:

Схема самая простая (один диод) и дешёвая.

Недостатки:

- большая величина пульсаций (сложный сглаживающий фильтр);

- частота пульсаций равна частоте сети (сложный сглаживающий фильтр);

- существует подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током (ток по вторичной обмотке отбирается полпериода), следовательно, нужен трансформатор больших габаритов и веса.

 

 

Схема.

Схема выпрямителя имеет два диода VD 5 и VD 6. Особенность двухполупериодного выпрямителя является вторичная обмотка трансформатора со средним выводом, то есть в отличие от предыдущей схемы две одинаковые вторичные обмотки соединены согласно последовательно. Эту схему предложил в 1901 г. профессор Миткевич В. Ф.

Работа выпрямителя.

Предположим, что на выводе 1 вторичной обмотки трансформатора находится «+» (положительный полупериод), а на выводе 2 «-» и в тоже время по отношению к выводу 3 на выводе 2 будет «+», а на выводе 3 - «-». Получается, что к аноду диода VD 5 приложен «+», а аноду VD 6 приложен «-», следовательно, диод VD 5 открыт, диод VD 6 закрыт. В этом случае ток пойдет, так как показано на рис.3, то есть от «+» к «-» - выводу от средней точки вторичной обмотки. По резистору нагрузки ток проходит сверху вниз, следовательно, на верхнем выводе резистора будет «+», а на нижнем   «-». При смене полярности (отрицательный полупериод) открытым окажется диод   VD 6, а диод VD 5 закрытым, но ток через нагрузку пойдёт в том же направлении.

 

Рис. 4. Осциллограммы работы двухполупериодного выпрямителя.

 

На осциллограммах видно, что ток в нагрузке проходит обе половины периода входного напряжения. То есть через нагрузку протекает пульсирующий ток, и он может быть описан рядом Фурье. Но в этом случае в ряду будут отсутствовать нечётные гармоники.

Если внимательно посмотреть то в этой схеме работают две однополупериодные схемы, выпрямляются оба периода напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Поэтому:

U ₀ =2· U _{0однополупер.} =2·0,45· U ₂ =0,9· U ₂.

U _{обр m ах}   осталось таким же как и в однополупериодной схеме U _{обр m ах} = π · U ₀.  

Согласно закона Ома I ₀ = U ₀ / R ₀ = U ₂ /(1,11· R ₀)=1,11· I ₂.

Среднее значение тока, прохо­дящего через один диод, будет в 2 раза меньше тока в нагрузке I _{пр д} =0,5· I ₀.

Соотношение между средним значением выпрям­ленного тока I ₀ и действующим значением переменного тока вторичной обмотки трансформатора I ₂  следующее:

I ₂ = 0,785· I ₀; I _{пр д} =3,14· I ₀.

Действующее значение напряжения на вторичной обмотке транс­форматора

U ₂ =1,11· U ₀.

Габаритная мощность трансформатора P _тр =1,48· P ₀

Для данной схемы выпрямления коэффициент пульсации К_п =0,67. В двухполупериодной схеме выпрямления по сравнению с од­нополупериодной лучше используются возможности трансформа­тора, меньше коэффициент пульсации, а значение среднего тока на диоде в 2 раза меньше, чем на нагрузке, поэтому можно исполь­зовать менее мощные диоды.

Для данной схемы выпрямления K _п = U _{2 m} / U ₀ = 0,67.   Частота пульсаций равна частоте второй гармоники ряда Фурье, а следовательно частоте сети, то есть f _п = m · f _с. Так как в данной схеме выпрямляются оба полупериода (она чётная), то первой гармоникой будет вторая гармоника, нечётных гармоник просто не будет. Следовательно m =2. Для частоты сети 50 Гц f _п = 100 Гц.

Достоинства:

- схема не очень сложная всего два диода;

- трансформатор меньше по габаритам нет подмагничивания постоянным током;

- частота пульсаций равна удвоенной частоте сети (проще сглаживающий фильтр)

Недостатки:

- сложнее (два диода);

- габариты трансформатора уменьшились не на много (двойная вторичная обмотка).

 

 

Мостовой выпрямитель.

Схема однополупериодного выпрямителя представлена на рис. 5.

Рис. 5 Мостовой выпрямитель.

 

Схема.

Схема  мостового выпрямителя (схема Гретца) имеет четыре диода VD 1÷ VD 4. Вторичная обмотка трансформатора простая (без отводов).

 

Работа выпрямителя.

Предположим, что на выводе 1 вторичной обмотки трансформатора находится «+» (положительный полупериод), а на выводе 2 «-». Диоды   VD 1, VD 3 будут открыты, диоды VD 2, VD 4 закрыты. Создаётся следующая цепь вывод 1 TV 1- VD 1 - амперметр - R _н - VD 3 - вывод 2 TV 1. В этом случае ток пойдет, так как показано на рис.1, то есть от «+» к   «-». При отрицательном полупериоде полярность на выводах обмотки трансформатора сменится на противоположную. Тогда диоды VD 2, VD 4 будут открыты, диоды VD 1, VD 3 закрыты и вновь пройдёт через резистор R _н сверху вниз. То есть в этой схеме также выпрямляются оба полупериода. В отличие от предыдущей схемы в каждый полупериод включаются по два диода включенные последовательно. Это упрощает их подбор.

Осциллограммы показаны на рис.4. Если внимательно посмотреть, то в этой схеме работают две однополупериодные схемы последовательно, но в каждой схеме включены по два диода последовательно.

Параметры:

U ₀ = 2· U _{0однополупер.} =2·0,45· U ₂ =0,9· U ₂, то есть U ₂ = 1,11· U ₀; U _{обр m ах}   уменьшилось в двое по сравнению с однополупериодной схемой U _{обр m ах} = π · U ₀ /2=1,57· U ₀;  согласно закона Ома I ₀ = U ₀ / R ₀ = U ₂ /(1,11· R ₀)=0,9· I ₂, I ₂ =1,11· I ₀.

Среднее значение тока, прохо­дящего через один диод, будет в 2 раза меньше тока в нагрузке I _{пр д} =0,5· I ₀.

Габаритная мощность трансформатора P _тр =1,23· P ₀

Для данной схемы выпрямления коэффициент пульсации К_п =0,67. В двухполупериодной схеме выпрямления по сравнению с од­нополупериодной лучше используются возможности трансформа­тора, меньше коэффициент пульсации, а значение среднего тока и обратного напряжения на диоде в 2 раза меньше, чем на нагрузке, поэтому можно исполь­зовать менее мощные диоды.

Для данной схемы выпрямления K _п = 0,67.   Частота пульсаций равна частоте второй гармоники ряда Фурье, а следовательно частоте сети, то есть f _п = m · f _с. Так как в данной схеме также выпрямляются оба полупериода (она чётная), следовательно, m =2. Для частоты сети 50 Гц   f _п = 100 Гц.

Достоинства:

- трансформатор меньше по габаритам нет подмагничивания постоянным током и лучше используется обмотка;

- частота пульсаций равна удвоенной частоте сети (проще сглаживающий фильтр)

Недостатки:

- схема сложная четыре диода.

 

 

Схема.

Схема состоит из трёхфазного трансформатора TV 1, трёх выпрямительных диодов VD 1, VD 2, VD 3, нагрузочного резистора R _н. Вторичные обмотки трансформатора включены звездой с нулевым проводом.

 

Работа выпрямителя.

В принципе в этой схеме собраны три однополупериодных выпрямителя. Разница только в том, что каждый     выпрямитель включается только на одну треть периода. Так например, при увеличении напряжения в фазе a (положительная полуволна) открывается диод VD 1 и через нагрузку R _н протекает ток i ₁. Когда напряжение на фазе a будет падать, а на фазе b возрастать (положительный полупериод), то откроется ещё диод VD 2. Таким образом, на короткий момент времени   будут открыты два диода VD 1 и VD 2. Затем диод закроется и будет открыт только диод VD 2. С увеличением напряжения на фазе c открывается диод VD 3. Процесс повторяется с диодами VD 2 и VD 3. И, наконец, на фазе a вновь повышается напряжение и тогда вновь откроется VD 1, 

На осциллограммах видно, что ток в нагрузке проходит только половину периода напряжения на каждой фазе. То есть через нагрузку протекает пульсирующий ток три раза за период, поэтому частота пульсаций будет равна f _п = m · f _с. Так как в данной схеме за период переменного напряжения выпрямляются три полупериода разных фаз, то первой гармоникой будет третья гармоника и m =3. Для частоты сети 50 Гц f _п = 150 Гц. На осциллограмме пульсации выделены утолщённой кривой.

Параметры выпрямителя.

Постоянная составляющая выпрямленного тока I ₀ = 0,827· I _{2 m} =0,827· √2 · I ₂ =1,17· I ₂.

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения определяется по закону Ома. U ₀ = I ₀ · R _н = 1,17· I ₂ · R _н =1,17· U ₂.

U _обр  обратное напряжение на каждом диоде определяется амплитудой линейного напряжения и тогда U _обр = √3 · U _{2 m} =1,73 · 1,21 · U ₀ =2,09· U ₀.

K _п – коэффициент пульсаций:

K _п =0,25. Частота пульсаций равна частоте третьей гармонике ряда Фурье, есть f _п =3 f _с.

Достоинства:

- самая простая из трёхфазных схем (три диода) и дешёвая.

Недостатки:

- недостаточно малая величина пульсаций.

 

 

Схема.

Схема трёхфазного мостового выпрямителя (схема Ларионова) имеет шесть диодов VD 1÷ VD 6. Вторичные обмотки трансформатора включены треугольником. В каждой фазе установлены диоды VD 1÷ VD 6  по схеме полумостов.

 

Работа выпрямителя.

Рассмотрим работу схемы в момент времени t ₀ (перекрестие осей координат). На обмотке фазы a вторичной стороны трансформатора напряжение u _{2 a} =0 в это время на обмотках фаз b и c напряжение равно ≈ 0,7· U _{2 m} разной полярности (на фазе с – «+», а на фазе b - «-»), создаётся цепь:  вывод обмотки фазы с  – VD 5 - R _н – VD 4 - вывод обмотки фазы b. Диоды VD 1 и VD 2 закрыты, так как на анод VD 1 подан 0 В, на катод «+ U ₀» и на катод VD 2 подан 0В, на анод – «- U ₀». По аналогичной причине закрыты VD 3 и VD 6.

Момент времени t ₁. На обмотках фаз a и c вторичной стороны трансформатора напряжение ≈ 0,7· U _{2 m} одинаковой полярности «+», в это время как на фазе b напряжение равно ≈ U _{2 m} и полярность «-». Создаётся цепь: вывод обмотки фазы a // вывод обмотки фазы c – VD 1// VD 5- R _н – VD 4 - вывод обмотки фазы b.

Момент времени t ₂. На обмотке фазы c вторичной стороны трансформатора напряжение u _2с =0 в это время на обмотках фаз a  и b напряжение равно ≈ 0,7· U _{2 m} разной полярности (на фазе a – «+», а на фазе b - «-»), создаётся цепь: вывод обмотки фазы a  – VD 1 - R _н – VD 4 - вывод обмотки фазы b. Диоды VD 2, VD 3, VD 5 и VD 6 закрыты.

Момент времени t ₃. На обмотке фазы a  напряжение равно ≈ U _{2 m}, полярность «+».   На обмотках фаз b и c вторичной стороны трансформатора напряжение ≈ 0,7· U _{2 m} одинаковой полярности «-». Создаётся цепь: вывод обмотки фазы a – VD 1 - R _н – VD 4// VD 6 - вывод обмотки фазы b // вывод обмотки фазы c.

Момент времени t ₄. На обмотке фазы b напряжение u _{2 a} =0 в это время на обмотках фаз a и c напряжение равно ≈ 0,7· U _{2 m} разной полярности (на фазе a – «+», а на фазе c - «-»), создаётся цепь: вывод обмотки фазы a  – VD 1 - R _н – VD 6 - вывод обмотки фазы c. Диоды VD 2, VD 3 VD 4 и VD 65 закрыты.

Момент времени t ₅. На обмотке фазы c  напряжение равно ≈ U _{2 m}, полярность «-».   На обмотках фаз a и b вторичной стороны трансформатора напряжение ≈ 0,7· U _{2 m} одинаковой полярности «+». Создаётся цепь: вывод обмотки фазы a // вывод обмотки фазы b – VD 1// VD 3 - R _н – VD 6 - вывод обмотки фазы c.

Момент времени t ₆. На обмотках фаз b и c вторичной стороны трансформатора напряжение ≈ 0,7· U _{2 m} разной полярности (на фазе b – «+», а на фазе c - «-»)в это время на обмотке фазы a напряжение равно =0. Создаётся цепь: вывод обмотки фазы b – VD 3- R _н – VD 6 - вывод обмотки фазы c.

Момент времени t ₇. На обмотке фазы b  напряжение равно ≈ U _{2 m}, полярность «+».   На обмотках фаз a и c вторичной стороны трансформатора напряжение ≈ 0,7· U _{2 m} одинаковой полярности «-». Создаётся цепь: вывод обмотки фазы b – VD 3- R _н – VD 2// VD 6 - вывод обмотки фазы a // вывод обмотки фазы c.

Момент времени t ₈. На обмотке фазы c напряжение u _{2 a} =0 в это время на обмотках фаз a и b напряжение равно ≈ 0,7· U _{2 m} разной полярности (на фазе b – «+», а на фазе a - «-»), создаётся цепь: вывод обмотки фазы b  – VD 3 - R _н – VD 2 - вывод обмотки фазы a. Диоды VD 2, VD 3 VD 4 и VD 6 закрыты.

Момент времени t ₉. На обмотке фазы a  напряжение равно ≈ U _{2 m}, полярность «-».   На обмотках фаз b и c вторичной стороны трансформатора напряжение ≈ 0,7· U _{2 m} одинаковой полярности «+». Создаётся цепь: вывод обмотки фазы b // вывод обмотки фазы c – VD 3// VD 5 - R _н – VD 2 - вывод обмотки фазы a.

Момент времени t ₁₀. На обмотке фазы b напряжение u _{2 a} =0 в это время на обмотках фаз a и c напряжение равно ≈ 0,7· U _{2 m} разной полярности (на фазе c – «+», а на фазе a - «-»), создаётся цепь: вывод обмотки фазы c  – VD 5 - R _н – VD 2 - вывод обмотки фазы a. Диоды VD 1, VD 3 VD 4 и VD 6 закрыты.

Момент времени t ₁₁. На обмотке фазы c  напряжение равно ≈ U _{2 m}, полярность «+».   На обмотках фаз a и b вторичной стороны трансформатора напряжение ≈ 0,7· U _{2 m} одинаковой полярности «-». Создаётся цепь: вывод обмотки фазы c – VD 5 - R _н – VD 2// VD 4 - вывод обмотки фазы a // вывод обмотки фазы b.

Момент времени t ₁₂. На обмотке фазы a напряжение u _{2 a} =0 в это время на обмотках фаз b и c напряжение равно ≈ 0,7· U _{2 m} разной полярности (на фазе c – «+», а на фазе b - «-»), создаётся цепь: вывод обмотки фазы c  – VD 5 - R _н – VD 4 - вывод обмотки фазы b. Диоды VD 1, VD 2, VD 3 и VD 6 закрыты.

Параметры:

U ₀ = 0,955· U _{2 m} =1,35· U ₂, то есть U ₂ = 0,74· U ₀;

U _{обр m ах}   уменьшилось в двое по сравнению с однополупериодной схемой U _{обр m ах} = 1,05· U ₀;  

Среднее значение тока, прохо­дящего через один диод, будет в 2 раза меньше тока в нагрузке I _{пр д} =0,5· I ₀.

Для данной схемы выпрямления коэффициент пульсации К_п =0,05, во многих случая можно отказаться от сглаживающего фильтра.

Частота пульсаций равна f _п =6 f _с. Так как в данной схеме за период входного напряжения выпрямляются шесть полупериодов во всех трёх фазах, то m =6. Для сети с частотой  50 Гц   f _п = 300 Гц.

Достоинства:

- частота пульсаций в 6 раз больше частоты сети (проще сглаживающий фильтр)

Недостатки:

- схема сложная шесть диодов.

 

В настоящее время часто используют многофазные схемы выпрямителей (шести, двенадцати фазные), это позволяет отказаться от сглаживающего фильтра, что значительно уменьшает объём и вес питающей установки.

 

 

Индуктивная нагрузка.

Примерами индуктивных нагрузок являются обмотки возбуждения электрических машин и втягивающие катушки электроаппаратов, а также любые другие электроприемники, питаемые от выпрямителя через фильтр, входным элементом которого служит индуктивная катушка (дроссель).

 

а)                                                                     б)

Рис.10 Однополупериодный выпрямитель, работающий на индуктивную нагрузку.

Схема выпрямителя однополупериодного выпрямителя с индуктивной нагрузкой приведена на рис. 10а.

Различие в работе и диаграмме работы выпрямителя заключается в том, что при открывании диода VD1 ток в дросселе проходит с некоторой задержкой, так как в обмотке дросселя возникает ЭДС, которая направлена противоположно направлению U ₀. Описание цепи прохождения тока I ₀ будет, как и раньше, вывод 1 вторичной обмотки TV 1 - VD 1- L - амперметр - R _н - вывод 2 вторичной обмотки TV 1, В тоже время обход этой цепи согласно второму закону Кирхгофа U _{2 m} - E_L = U _{пр VD 1} + U_rL + R _н. ЭДС в обмотке дросселя возникает и нарастает только тогда, когда происходит изменение величины тока в нагрузке. После того как ток I ₀ перестаёт нарастать и затем начинает падать ЭДС становится равно нулю, а затем меняет свою полярность и тогда U _{2 m} + E_L = U _{пр VD 1} + U_rL + R _н. В момент закрытия диода VD 1 ток I ₀ и ЭДС дросселя E_L становятся равными нулю и так остаются до момента нового открытия диода VD 1.

Достоинства схемы с индуктивной нагрузкой:

- сглаживаются броски выпрямленного тока;

- меньше коэффициент пульсаций.

Недостатки схемы с индуктивной нагрузкой:

- большие габариты и вес из-за дросселя.

 

Мкостная нагрузка.

Схема выпрямителя однополупериодного выпрямителя с ёмкостной нагрузкой приведена на рис. 11а.

В отличие от выпрямителя с активной нагрузкой в этой схеме присутствует конденсатор, включённый параллельно с нагрузкой. Часто этот конденсатор называют ёмкостным фильтром, который снижает пульсации выпрямленного напряжения. Ёмкостная нагрузка наиболее часто встречается при питании электронных устройств, благодаря чему в большинстве случаев можно отказаться от LC или RC фильтров. В последнее время роль фильтров часто выполняют стабилизаторы напряжения.

а)                                                                              б)

Рис. 11. Однополупериодный выпрямитель с ёмкостной нагрузкой.

 

Работа схемы.

В момент появления на 1 выводе трансформатора TV 1 появляется «+» создаётся цепь: «+» вывод 1 вторичной обмотки трансформатора TV 1 – VD 1 – C // R _н – «-» вывод 2 вторичной обмотки трансформатора TV 1. В первый момент времени конденсатор C  был разряжен и начинает заряжаться, поэтому напряжение на конденсаторе поднимается с некоторой задержкой. При достижении U_C = U _{2 m} напряжение на вторичной обмотке начинает снижаться, в следствии чего потенциал катода VD 1 будет дольше, чем на аноде и диод VD 1 закрывается. После этого момента времени конденсатор становится источником питания и начинает разряжаться через R _н. Ёмкость конденсатора выбирается такой, чтобы постоянная времени CR цепочки τ= CR _н была больше длительности полупериода T/2 и напряжение на конденсаторе не становилось менее U ₀. При следующем открывании диода VD 1 конденсатор вновь будет подзаряжаться, и процесс будет повторяться.

Работу выпрямителя при работе на ёмкостную нагрузку от работы на активную нагрузку отличают:

- повышенное U ₀;

- малая длительность и большая амплитуда тока через диоды;

- малые пульсации выходного напряжения;

- большая зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки.

 

 

Работа выпрямителя на встречную ЭДС (зарядные устройства)

На рис. 3а приведена схема мостового однофазного выпрямителя, нагруженного аккумуляторной батареей с ЭДС Е ₀. Резистор R предназначен для регулировки зарядного тока.

 

Работа схемы

Если пренебречь внутренним сопротивлением аккумулятора, то напряжение на его зажимах равно ЭДС U _акк = Е _акк – I · r _вн = Е ₀. (а оно очень мало, например, 0,06 Ом). Потенциал анода VD1 определяется напряжением на вторичной обмотке трансформатора, а потенциал катода — потенциалом положительного вывода аккумулятора; на рис. 3б показаны график и ₂ и значение ЭДС аккумулятора Е _акк.

 

а)                                                                                      б)

Рис. 12 Выпрямитель, работающий на противоЭДС.

 

 

В интервале времени от t ₀до t ₁(момент t ₀ совпадает с осью ординат) анод диода VD1 обладает положительным потенциалом, однако он ниже потенциала его катода, определяемого потенциалом Е _акк и поэтому онзакрыт. Аналогично катод диода VD3 обладает отрицательным потенциалом, однако он выше отрицательного потенциала его анода и поэтому онзакрыт.   При повышении напряжения на вторичной обмотке трансформатора u ₂ после момента времени t ₁напряжение и ₂> Е _акк и диоды открываются. Создаётся следующая цепь: «+» вывод 1 вторичной обмотки трансформатора TV 1 – VD 1 – R ₁ – Е _акк – VD 3 – «-» вывод 2 вторичной обмотки трансформатора TV 1.  

Протекающий в цепи ток подзаряжает аккумулятор, увеличивая его Е _акк.

В интервале времени от t ₂до t ₃ вновь ЭДС аккумулятора E ₀становится больше и ₂, диоды VD1 и VD3 запираются. В интервале времени от t ₃до t ₄открываются диоды VD2 и VD4. Процесс заряда аккумулятор повторяется. В результате на выходе выпрямителя появится напряжение и ₀, график которого является огибающей графиков и ₂и Е ₀(рис. 3, б — сплошная линия на графике и ₀;при этом необходимо заметить, что отключенному аккумулятору соответствует график и ₀как в выпрямителе, работающем на активную нагрузку.

Длительность протекания тока (совпадает с импульсами и ₀) через диоды t _И меньше полупериода напряжения и ₂ (Т/2) и характеризуется соответствующим углом отсечки θ (θ = t_Иπf_с), причем при возрастании значения ЭДС аккумулятора Е _акк(встречной ЭДС) уменьшаются как угол отсечки θ, так и пульсации выпрямленного напряжения и ₀.

Влияние встречной ЭДС на работу выпрямителя аналогично воздействию заряженного конденсатора. Разница между режимом работы на встречную ЭДС и режимом работы на нагрузку с емкостной реакцией заключается в том, что в последнем случае напряжение на выходе выпрямителя и ₀не может оставаться постоянным, как это имеет место при работе выпрямителя на встречную ЭДС.

Классификация выпрямителей.

 

По назначению:

Выпрямители – преобразуют синусоидальное напряжение в постоянный ток.

Детекторы – выделяют из смеси переменных напряжений (модулированный сигнал - несущая и модулирующий сигнал) модулирующее напряжение. По сути это выпрямитель, но выделяется переменное напряжение низкой частоты.

 

По виду переменного тока подаваемому на вход выпрямителя:

- однофазные – на вход выпрямителя подаётся однофазное напряжение;

- трёхфазные – на вход выпрямителя подаётся трёхфазное напряжение;

- многофазные – на вход выпрямителя подаётся многофазное напряжение (больше 3 фаз – 6, 12 и т.д.).

 

По количеству используемых полупериодов переменного напряжения:

- однополупериодные;

- двухполупериодные, мостовые и с удвоением напряжения.

 

Однофазные схемы выпрямителей.