12. Випрямлячі змінного струму

Електричні апарати, призначені для перетворення змінного струму в постійний називаються випрямлячами. Основними елементами випрямлячів, що дозволяють здійснити таке перетворення, є напівпровідникові діоди чи тиристори. Залежно від типу напівпровідникового елемента, випрямлячі поділяються на ”некеровані” і ”керовані”.

У некерованих випрямлячах у якості випрямного елемента використовуються діоди. На рис. 12.1 показано вольт-амперну характеристику, умовні графічні і літерні позначення діода. На рисунку:

А – анод, К – катод.

У керованих випрямлячах використовуються тиристори. На рис. 12.2 показано вольт-амперну характеристику, умовні графічні і літерні позначення тиристора. На рисунку: ЕК – електрод керування.

Тиристор являє собою напівпровідниковий елемент, що відрізняється від діода наявністю керуючого електрода. При відсутності струму І_К через керуючий електрод, тиристор має великий електричний опір між анодом і катодом в обох напрямках. При появі І_К, тиристор “відпирається” і поводить себе як діод.

В схемах, що розглядаються у даному посібнику використовуються так звані одноопераційні та двоопераційні тиристори. У одноопераційних тиристорів по колу керуючого електрода відбувається тільки відпирання тиристора. Для його запирання необхідно зняти напругу анод – катод або змінити її полярність. У двоопераційних тиристорів по колу керуючого електрода відбувається як відпирання, так і запирання приладу. Для запирання на електрод керування подається імпульс напруги зворотньої полярності.

12.1. Випрямлячі однофазні

Випрямляч однофазний однопівперіодний На рис. 12.3 показано принципову схему та часові графіки напруги і струму однопівперіодного випрямляча.

Позначення на рис. 12.3: U1 – змінна напруга мережі; U2 – вхідна напруга випрямляча; Ud – випрямлена напруга; I2– змінний струм; Id – випрямлений струм; Rн – опір навантаження.

Принцип роботи випрямляча полягає в тому, що змінний струм протікає через діод VD лише на позитивному напівперіоді синусоїди. Це приводить до того, що струм у навантаженні випрямляча Id протікає тільки у визначеному напрямку. Цей процес і прийнято називати випрямленям змінного струму. Однак у цьому випадку випрямлений струм ”пульсує”, що знижує його якість. Тому на виході випрямляча розміщують різні електричні фільтри, що знижують пульсацію струму.

Випрямляч однофазний двопівперіодний

На рис. 12.4 показано принципову схему та часові графіки напруги і струму двопівперіодного випрямляча однофазного змінного струму.

Даний випрямляч являє собою два однопівперіодних випрямляча (див. рис.12.3), увімкнених зустрічно на одне навантаження Rн. У цьому випадку випрямлення змінного струму відбувається в кожному півперіоді, що значно зменшує пульсацію випрямлених напруги і струму на навантаженні Rн.

Випрямляч однофазний двопівперіодний «мостового» типу

У однофазному двоперіодному випрямлячі (рис 12.4) для двопівперіодного випрямлення потрібно трансформатор T з двома вторинними обмотками. Однак двопівперіодне випрямлення змінного струму можна одержати, використовуючи так звану ”мостову” схему з'єднання діодів VD. У цьому випадку використовується трансформатор Т з однією вторинною обмоткою.

На рис. 12.5 показано принципову схему та часові графіки напруги і струму випрямляча мостового типу. Принцип роботи випрямляча з мостовою схемою з'єднання діодів описано далі. При дії позитивного напівперіоду синусоїди, струм протікає по колу VD2 – Rн – VD3, а при зміні напрямку напруги – по колу VD4 – Rн – VD1. Помітимо, що напрямок випрямленого струму Id залишається незмінним.