1.2.     Применение диодов для выпрямления переменного тока

Выпрямление переменного тока, т.е. преобразование его в постоянный (пульсирующий) ток, производится при помощи нелинейных элементов, которые обладают весьма малым активным сопротивлением в прямом направлении и весьма малой активной проводимостью в обратном направлении (обладают односторонней проводимо

стью).  Устройства таких нелинейных элементов с резко несимметричной вольтамперной характеристикой (см. рис. 1.2, 1.4) называют вентилями. К ним относятся электронные лампы, газотроны, тиратроны, меднозакисные, селеновые, германиевые, кремниевые полупроводниковые вентили.

Вольтамперная характеристика идеального вентиля (рис. 1.10, а, в) представляет собой отрезок (ОА, ОА1) положительной полуоси тока и отрезок (ОБ, ОБ1) – отрицательной полуоси напряжения. Заменой реальной характеристики вентиля приближенной в виде отрезков прямых, в частности характеристикой идеального вентиля, широко пользуются, чтобы упростить приближенный расчет режима цепи с вентилями с помощью кусочно-линейной аппроксимации.

Вольтамперной характеристике (рис. 1.10, а) соответствует схема замещения, состоящая из идеального вентиля и последовательно присоединенного резистора с сопротивлением rВ (рис. 1.10, б), а ВАХ (рис. 1.10, в)  – схема замещения идеального вентиля и источника постоянной ЭДС Е = UВ (рис. 1.10, г).

В зависимости от схемы включения выпрямительных диодов и источников питания различают однофазное однополупериодное и двухполупериодное выпрямление и трехфазное выпрямление.

Однополупериодное выпрямление

При включении идеального вентиля (rВ = 0) последовательно с нагрузкой, имеющей активное сопротивление r (рис. 1.11, а), для прямого (положительного) полупериода напряжения (u > 0) u = Umsinwt  ток равен:

,

для обратного напряжения (отрицательный полупериод u < 0) ток равен 0 (рис. 1.11, б):

iОБР = 0.

То есть по цепи идет ток одного направления – проходит одна полуволна синусоидального тока.

Действующее напряжение источника питания равно:

U = Um / 2.

Действующее значение тока:

.

Так как интеграл под корнем в последнем выражении в два раза меньше его значения при отсутствии диода при протекании синусоидального тока, то

,

т.е. действующее значение тока (I) зависит от действующего напряжения (U) источника питания по линейному закону.

В течение положительного полупериода напряжение на приемнике равно напряжению, приложенному к цепи (uH = ir = u), а напряжение на вентиле равно 0, так как rВ = 0. В течение отрицательного полупериода напряжение на приемнике равно нулю, так как i = 0, и напряжение на вентиле равно напряжению (u) на зажимах цепи. Таким образом, кривая напряжения на приемнике повторяет по форме кривую тока.

Действующее значение напряжения на приемнике равно:

UH = r×I = Um / 2 = U / .

Активная мощность в сопротивлении приемника в два раза меньше мощности, выделяемой при отсутствии диода:

.

Полная мощность источника:

Коэффициент мощности диода:

.

Коэффициент мощности (c) не равен единице не из-за реактивного сопротивления, которое может быть включено в цепь для уменьшения пульсаций переменного тока, а из-за искажения формы кривой тока (i) по сравнению с кривой (u) напряжения источника питания.

Полученная кривая однополупериодного выпрямленного тока (см. рис. 1.11, б) может быть разложена в ряд Фурье:

При этом постоянная составляющая тока равна его среднему значению, определяется следующим образом:

.

Существенным недостатком однополупериодного выпрямления

Adblock
detector