Диодные выпрямители

   Выпрямителем в электротехнике принято называть устройство, позволяющее производить преобразование переменного напряжения в постоянное. Рассмотрим, в общем, принцип работы таких устройств.
   На рисунке 1 показаны диаграммы напряжений сети переменного тока.
Диаграмма напряжений
Рисунок 1. Диаграммы напряжений.
   Выпрямители тока (напряжения) можно классифицировать по двум основным признакам: количество фаз и принцип преобразования.
   По количеству фаз можно выделить две категории выпрямителей: однофазные и многофазные.
   По принципу преобразования различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители.
   Рассмотрим сначала диаграмму однофазного переменного напряжения на рисунке 1 а). Диаграмма напоминает синусоиду, и, по сути, ей является. Изменения напряжения периодически повторяются через промежутки времени T. Этот промежуток называется периодом. Если рассматривать полярность на зажимах источника переменного напряжения в различные промежутки времени, то можно заметить, что в течении одной половины периода она положительная (принимается условно), а в течении другой половины периода – отрицательная (обратная, противоположная). Половина периода времени T/2 называется полупериодом.

Однополупериодный выпрямитель.

   Однополупериодные выпрямители работают по принципу отсечения отрицательного или положительного полупериода (зависит от полярности включения диода в цепь). Таким образом, имея источник однофазного переменного напряжения, с помощью однофазного однополупериодного выпрямителя мы можем получить (отфильтровать) напряжение однополярных полупериодов, рисунок 1 б). В результате "отсечения" образуются безтоковые паузы длительностью полпериода. Такая форма кривой больше соответствует пульсирующему напряжению. Если на выходе выпрямителя поставить сглаживающий фильтр, например, конденсатор с достаточной ёмкостью, то пульсация напряжения значительно снизится, и мы получим постоянное напряжение.
   Учитывая, что при преобразовании отсекается один полупериод, КПД такого преобразователя всегда ниже 50%.

Двухполупериодный выпрямитель.

   Двухполупериодные выпрямители работают по принципу перенаправления тока, или, если так можно выразиться, переключения полярности при несоответствии. Переключение осуществляется немеханическим, электронным способом благодаря свойству диода однонаправленной проводимости. Двухполупериодный выпрямитель имеет более сложные схемы, но его КПД в 2 раза выше однополупериодного, так как при преобразовании используются оба полупериода переменного напряжения, рисунок 1 в).
   На выходе выпрямителя при двухполупериодном преобразовании безтоковые паузы практически отсутствуют, пульсации значительно меньше, и обусловлены только формой кривой напряжения.
Трёхфазна система источника электрической энергии.
   Если сказать упрощённо, трёхфазная система состоит из трёх однофазных источников, напряжения которых имеют одинаковую форму периодической кривой (синусоиду), но однотипные изменения напряжений происходят в разные моменты времени с одинаковой периодичностью. Если время периода расположить на окружности (благодаря периодичности изменения напряжения), то однотипные процессы всёх фаз будут отстоять друг от друга на угол 120 градусов. Напряжения будут напоминать вектора, вращающиеся по кругу. Такие диаграммы ещё называют круговыми. Период соответствует углу окружности – 360 градусов. Иными словами, фазы напряжений трёхфазной системы как бы чередуются. Сначала растёт напряжение фазы 1, через промежуток времени фазы 2, потом фазы 3, потом сначала – 1, 2, 3, 1, 2 и так далее. На линейной диаграмме чередование напряжений трёх фаз выглядит как на рисунке 1 г).

Трёхфазный однополупериодный выпрямитель.

   Трёхфазный однополупериодный выпрямитель, как и однофазный, работает по принципу отсечения одного полупериода каждой фазы, рисунок 1 д). Поскольку напряжения фаз чередуются, на выходе выпрямителя напряжения рабочих полупериодов перекрывают друг друга, в результате чего исключается безтоковая пауза. В один период укладывается три полупериода, в результате чего пульсации выпрямленного напряжения будут несколько меньше, чем у однофазного двухполупериодного выпрямителя.

Трёхфазный двухполупериодный выпрямитель.

  При двухполупериодном преобразовании, перекрытия выпрямленных полупериодов напряжений происходят в два раза плотней, что делает форму постоянной составляющей выпрямленного напряжения более гладкой, рисунок 1 е).