6.2.Выпрямители на полупроводниковых диодах

Как уже отмечалось выше, до 40% всей электрической энергии, вырабатываемой электростанциями страны в виде переменного напряжения, преобразуется в постоянное. Для этого используются­ выпрямительные устройства на полупроводниковых диодах и тиристорах.

На рис. 6.4. приведены принципиальная схема и временные диаграммы токов и напряжений простейшего однофазного однополупериодного выпрямителя с конденсатором С_ф, включенном параллельно нагрузке.

Рассмотрим работу выпрямителя в установившемся режиме. Ток через диод (iа) начинает протекать, когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора (U₂) становится больше напряжения на конденсаторе (Uc), что соответствует интервалам времени t₁ – t₂ и t₃. – t₄.

За это время t₁ - t₂ происходит заряд конденсатора С_ф. Как правило постоянная времени заряда конденсатораτ_зар=Rд*Cвыбирается таким образом, что конденсатор успевает зарядится до амплитудного значения напряженияUm₂ на выходе вторичной обмотки трансформатора. При этом заряд конденсатора продолжается до величины Um₂,а затем начинается его разряд, так как напряжение U₂(t) оказывается меньше Uс. Однако в случаях, когда величина С выбрана очень большой,постоянная времени заряда конденсатора (τ_зар=Rд*C_ф) оказывается соизмеримой с интервалом (t₁ - t₂).При этом конденсатор С не успевает зарядится до амплитудного значения напряжения U₂и его заряд продолжается после прохождения амплитудного значения Um₂.Именно такой случай изображен на рис.6.4.Только с момента времени t2 напряжение U₂(t) становится меньше напряжения на конденсаторе Uc, диодзапирается, и конденсатор начинает разряжаться через сопротивление нагрузки R_H. Время разряда конденсатора определяется постоянной вре­мени (τ_раз=Rн*С_ф) и, как правило, значительно большей чем время заряда. К запертому вентилю в это время прикладывается нап­ряжение, максимальное значение которого почти равно удвоенномузначениюUm2.

Рис. 6.4.Принципиальная схема и временные диаграммы токов и

напряжений однополупериодного выпрямителя с емкостным фильтром.

К моменту времени t₃ напряжение U₂ вновь становится больше напряжения Uc, диод открывается и ток Iа начинает заряжать конденсатор C и т. д.

Если требуется обеспечить более высокий коэффициент сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, используются более сложные фильтры нижних частот; Г-образные LC или RC типа (см. рис.6.5.).

Рис. 6.5. Схема Г-образных фильтров LC и RC типа.

В результате падения напряжения на индуктивной катушке L_Ф значительно уменьшается доля переменной составляющей выпрямленного напряжения. Падения напряжения от постоянной составляющей тока практически нет, так как активное сопротивление индуктивной катушки мало. В маломощных выпрямителях вместо катушки индуктивности (см. рис.6.5) включают резистор Rф.

Существенным недостатком однополупериодных выпрямителей является неравномерная нагрузка сети переменного тока, так как выпрямители этого типа потребляет электроэнергию только во время положительного или отрицательного полупериодов переменного напряжения.

Поэтому, как правило, для получения постоянного напряжения используются двухполупериодные выпрямители, равномерно загружающие электрическую сеть. Примером такого выпрямителя является мостиковый, в котором для получение выпрямленного напряжения используются четыре диода, включенных по мостовой схеме.