книги / Элементы промышленной электроники

Глава 2.

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

§ 4. ВЫПРЯМЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Для питания многих установок (электронной аппарат} ры, электродвигателей постоянного тока, электролизных установок и др.) необходимо иметь постоянный ток. Между тем, элеюрическая энергия вырабатывается и распределяется, главным обра­ зом, в виде энергии переменного тока.

В связи с этим возникает необходимость в выпрямлении пере­ менного тока в постоянный ток.

Выпрямлением называется процесс преобразования перемен­ ного тока в постоянный при помощи устройтсв, обладающих односторонней проводимостью. Устройства, используемые при этом, называются выпрямительными.

Выпрямительное устройство обычно состоит из трех основных элементов: трансформатора, электрического вентиля и сглажи­ вающего фильтра.

С помощью трансформатора изменяется величина перемен­ ного напряжения, получаемого от источника питания, с целью приведения ее в соответствии с величиной требуемого выпрям­ ленного напряжения.

Электрический вентиль1 непосредственно осуществляет вы­ прямление переменного тока. Таким образом, в выпрямительном устройстве электрический вентиль выполняет основную функцию.

Электрические вентили по своим характеристикам делятся на две группы. К первой группе относятся вакуумные электрон­ ные и полупроводниковые вентили, вольт-амперные характери­ стики которых для прямого направления могут быть приближен­ но представлены наклонными прямыми, проходящими через

1 Аппараты, в которых достигается односторонняя проводимость при по­ мощи движущихся частей (коллекторов, вибрирующих контактов и др.), электри­ ческими вентилями не называются.

51

честве электрического вентиля в схеме используется вакуумный диод, называемый кенотроном.

Рис. 4-2. Схема однополупериодного выпрямителя однофазного переменного тока.

Работа рассматриваемой схемы протекает следующим обра­ зом. При подаче переменного напряжения на первичную обмотку трансформатора напряжение на зажимах вторичной его обмотки также будет переменным. Если напряжение на первичной обмотке является переменным синусоидальным, то напряжение на вто­ ричной обмотке трансформатора также будет меняться во вре­ мени по синусоидальному закону, т. е.: и2 = H 2msmfi)/.

Вакуумный диод, как известно, проводит электрический ток только в том случае, когда его анод относительно катода будет иметь положительный потенциал. Поэтому ток в цепи — вторич­ ная обмотка трансформатора, диод и нагрузка — будет протекать только в одном направлении, т. е. в течение одной половины пе­ риода переменного напряжения U2. В результате этого, ток, протекающий в цепи нагрузки, оказывается пульсирующим (не­ изменным по направлению, но изменяющимся по величине). Максимальное значение тока (относительно небольшим сопро­ тивлением диода в прямом направлении пренебрегаем) можно определить как отношение:

53

циента пульсаций — q, под которым понимается отношение амплитуды А т наиболее резко выраженной гармонической со­ ставляющей, входящей в кривые выпрямленного тока или на­ пряжения, к постоянной составляющей А0 тока или напряжения в выходной цепи выпрямителя:

Для схемы однополупериодного выпрямителя коэффициент пульсации оказывается равным:

В течение половины периода, когда анод диода имеет отрица­ тельный относительно катода потенциал, диод тока не прово­

дит. (В вентилях при этом возможен некоторый, относительно небольшой, ток, называемый обратным током, влиянием кото­ рого в большинстве практических случаев можно пренебречь). Напряжение, воспринимаемое диодом в непроводящий полупериод, называется обратным напряжением Uo6p. Обратное на­ пряжение на диоде будет определяться напряжением на вторичной обмотке трансформатора. Следовательно, максимальное значе­ ние обратного напряжения, которое приложено к диоду в данной схеме, будет равно амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке трансформатора, т. е. Uo6pm= U2m. Поэтому при выборе вентиля для схемы однополупериодного однофаз­ ного однотактного выпрямителя, нужно учитывать, чтобы его максимальное допустимое обратное напряжение было больше или равно амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

К недостаткам рассматриваемой схемы выпрямления следует отнести слишком большие пульсации выпрямленного тока и напряжения, а также плохое использование трансформатора, поскольку по его вторичной обмотке протекает ток только в те­ чение половины периода. Выпрямители подобного типа приме­ няются главным образом в маломощных установках, когда вы­ прямленный ток мал, а достаточно удовлетворительное сглажи­ вание пульсаций может быть обеспечено с помощью простейшего фильтра.

55