Нелинейные электрические цепи переменного тока.

С помощью нелинейных элементов работающих на переменном токе осуществляют ряд преобразований электромагнитной энергии.

1. Выпрямление переменного тока, напряжения, мощности.

2. Инвертирование постоянного тока, напряжения, мощности.

3. Усиление постоянного, переменного напряжения, тока, мощности.

4. Регулирование постоянного, переменного напряжения, тока, мощности.

5. Стабилизация постоянного, переменного напряжения, тока, мощности.

6. Преобразование частоты постоянного, переменного напряжения, тока, мощности.

7. Модуляция.

8. Демодуляция (детектирование).

Выпрямление переменного тока и напряжения.

Это преобразование возможно при использовании в электрической цепи нелинейных элементов с несимметричной ВАХ.(Например, полупроводниковый диод).

u1/i1=r1- малая величина(стремится к 0).

u2/i2=r3- большая величина(стремится к бесконечности, ток в обратном направлении не протекает т.е. диод заперт).

Если u > 0, то диод открыт (ключ замкнут)

Если u < 0, то диод закрыт (ключ разомкнут).

В районе u = 0 идет процесс коммутации.

Если в цепи есть L и C – элементы, то переход в открытое и закрытое состояние осуществляется по току.

I > 0 - диод открыт (ключ замкнут).

I < 0 - диод закрыт (ключ разомкнут).

Простейшие схемы:

1. Однополупериодный выпрямитель переменного напряжения.

ВАХэкв

Дано: ВАХ, r , u = Um sinwt

Определить: i -?, ur -?.

i*r = ur

Ток и напряжение ur будут соответствовать. Они будут однополярными, т.е. выпрямленными.

2) Приближённый расчёт той же цепи

Аппроксимируем ВАХ линейным элементом.

+

t> 0 U > 0 (0 – 1)

t > p U < 0 (0 – 2) i = 0

Рассчитаем по примерам 1) и 2) выходные электрические величины выпрямителя ir и ur.

При однополупериодном выпрямлении действующее значение тока в корень из 2 раз меньше.

Среднее значение выпрямленного тока в 2 раза меньше среднего значения переменного тока.

Т.к. Ur = i r Ucp=Um/p U=Um/2

Определить коэффициент амплитуды.

Ka = Imax/I = 2

Коэффициент формы.

Kф = I/I2 = p/2

Коэффициент искажения.

Ku = I1/I

Действ. значение 1-й гармоники

Работа однополупериодного выпрямителя на r-l-нагрузку.

u = Um sinwt, L, r, BAX.

i-? , p-?.- мгновенная мощность.

1. ВАХ

t = 0 (0 – 1) ключ замкнулся

.

Пусть f=45 градусов. Lp + r = 0 p= - r/L

При возрастании значения индуктивности ампер-секундная площадка не изменяется, а только деформируется.

Использование L - элемента для улучшения качества выпрямленного тока позволяет уменьшить Ка, но не обеспечивает идеальное выпрямление переменного тока.