2. Выпрямители однофазного напряжения

Основными параметрами выпрямителей являются:

1. Среднее значение выходного напряжения

2. Среднее значение выходного тока

3. Коэффициент пульсации выходного напряжения

где U_mi – амплитуда переменной составляющей пульсирующего напряжения, представляющая собой амплитуду низшей (основной) его гармоники.

Основным элементом схем выпрямления является диод (вентиль). Диодом называется нелинейный элемент, обладающий весьма малым сопротивлением протеканию тока в прямом направлении по сравнению с обратным. На рис. 2. представлена вольтамперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода КД202Д. Положительные значения тока и напряжения соответствуют прямому смещению, отрицательные – обратному.

Рис. 2.

Основными параметрами диодов являются максимальный ток I_пр.max и допустимое значение обратного напряжения U_обр. Номинальный ток указывается как среднее значение (постоянная составляющая) прямого тока. При протекании через диод прямого тока, равного номинальному, падение напряжения на нем для большинства диодов не превышает одного вольта. Приложенное к диоду обратное напряжение вызовет обратный ток величиной от нескольких микроампер до миллиампер.

В дальнейшем при рассмотрении принципов работы схем выпрямления и фильтров диоды считаются идеальными, т.е. прямое падение напряжения на них и обратный ток равны нулю.

2.1. Однополупериодная схема выпрямления однофазного переменного тока

Однополупериодная схема выпрямления однофазного переменного тока содержит один диод (рис. 3). Вход схемы подключается к вторичной обмотке трансформатора Т, а к выходным клеммам схемы подключается нагрузка R_Н.

Рис. 3.

Напряжение на входе схемы выпрямления синусоидальное

При положительном значении этого напряжения во вторичной цепи трансформатора будет протекать ток, являющийся для диода прямым. В этот интервал времени U_H(t)=U_2T(t), так как U_V(t)=V_np~0. При отрицательном напряжении во вторичной обмотке трансформатора к диоду будет приложено обратное напряжение

Периодическое повторение этих процессов формирует на нагрузке несинусоидальное выпрямленное напряжение U_H(t). При анализе оно представляется разложением в ряд Фурье по составляющим

где U_НСР – постоянная составляющая (среднее значение); U_mn – амплитуда n-й переменной составляющей.

Постоянная составляющая является полезным постоянным напряжением, результатом преобразования переменного синусоидального напряжения. Значение постоянной составляющей

Полученное соотношение связывает значение постоянной составляющей выпрямленного напряжения с действующим значением переменного синусоидального напряжения на входе.

Переменные составляющие выпрямленного напряжения образуют пульсации, которые характеризуются частотой и разностью максимального и минимального значений напряжения за период.

Коэффициент пульсации, равный отношению амплитуды низшей (основной) гармоники к среднему значению выпрямленного напряжения, для рассматриваемой схемы

При расчете выпрямителя заданным параметром является значение постоянного напряжения нагрузки. Диод выбирается по номинальному току и обратному напряжению.

Недостатками такой схемы выпрямления являются: высокий уровень пульсации выпрямленного напряжения, низкий КПД.

Данная схема выпрямителя применяется крайне редко и только в тех случаях, когда выпрямитель используется для питания цепей с низким током потребления.