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 равноU2=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 напряженияU2. В результате этого ток, протекающий в цепи нагрузки, оказывается пульсирующим. Максимальное значение тока:
Im=U2m/RH, гдеRH– сопротивление потребителя постоянного тока.
Кривая получаемого в процессе однополупериодного выпрямления пульсирующего тока может быть разложена в гармонический ряд Фурье:
i=Im(1/π+1/2 sinwt-2/3π∙1 cos2wt-…).
Пульсирующий ток, как видно из выражения, кроме переменных составляющих содержит также и постоянную I0=Im/π. Отсюда постоянная составляющая напряжения
U0=I0RH=Im/π∙RH=U2m/π.
Через действующее значение напряжения: U0=√2 ∙U2/π.
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 амплитудыAmнаиболее резко выраженной гармонической составляющей, входящей в кривые выпрямленного тока или напряжения, к постоянной составляющейAвтока\напряжения в выходной цепи выпрямителя:q=Am/AB.
Для схемы однополупериодного выпрямителя: q=0.5Im/(1/π ∙Im)=π/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 напряженияUобрm=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.