Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения (тока) в постоянное. Основное назначение выпрямителя заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности приложенного напряжения. Выпрямитель можно рассматривать как один из типов инверторов напряжения.

Классификация выпрямителей. Для классификации выпрямителей используют различные признаки: количество выпрямленных полуволн (полупериодов) напряжения, число фаз силовой сети, схему вентильного блока, наличие трансформатора и др.

По количеству выпрямленных полуволн различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители. По числу фаз питающего напряжения различают однофазные, двухфазные, трехфазные и шестифазные выпрямители. При этом под числом фаз питающего напряжения понимают число питающих напряжений с отличными друг от друга начальными фазами. Так, например, если для работы выпрямителя требуется одно-единственное питающее напряжение, то такой выпрямитель будет однофазным. Если же для работы выпрямителя требуются два питающих напряжения, сдвинутых друг относительно друга на какой-либо угол (чаще всего на 180°), то такой выпрямитель называют двухфазным. Аналогично, если для работы выпрямителя требуются три питающих напряжения, сдвинутые друг относительно друга на угол, равный 120°, то такой выпрямитель называют трехфазным. Шестифазные выпрямители состоят из двух групп трехфазных выпрямителей, питаемых противофазными напряжениями трехфазной сети.

По схеме вентильного блока различают выпрямители с параллельным, последовательным и мостовым включением однофазных выпрямителей.

В качестве вентилей могут использоваться электровакуумные, газоразрядные или полупроводниковые приборы, обладающие односторонней электропроводностью, например, диоды, тиристоры, транзисторы и др. Идеальные вентильные элементы должны пропускать ток только в одном (прямом) направлении и совсем не пропускать его в другом (обратном) направлении. Реальные вентильные элементы отличаются от идеальных, прежде всего

тем, что они пропускают некоторый ток в обратном направлении и имеют падение напряжения при протекании прямого тока. Это сказывается на снижении КПД вентильного блока и снижении эффективности выпрямителя в целом.

Основными параметрами выпрямителей, с помощью которых можно оценивать их качество являются:

-cреднее значение выпрямленного (выходного) тока

I0 = i2 (t)dt,

- среднее значение выпрямленного (выходного) напряжения

U0 = u2 (t)dt,

- коэффициент пульсаций выходного напряжения (тока)

Кп = Um1 / U0 ,

где: i2, u2 – ток и напряжение на выходе выпрямителя;

Т – период переменного тока (напряжения);

Um1 – амплитуда основной гармоники переменной составляющей выходного напряжения.

Рассмотрим некоторые виды выпрямителей

### Однополупериодный выпрямитель

##

Однополупериодная схема выпрямления с активной нагрузкой (рис. 5.2, а) является простейшей из известных схем выпрямления.

а б

Рис. 5.2 Однополупериодный выпрямитель: а – схема, б – временные диаграммы напряжений и токов

Для упрощения анализа будем считать диод и трансформатор идеальными, т. е. полагаем, что сопротивление диода в прямом направлении равно нулю, в обратном - бесконечности, а активные и реактивные сопротивления обмоток трансформатора равны нулю. В течение первого полупериода напряжения на вторичной обмотке трансформатора, когда на аноде диода VD потенциал будет положительный относительно катода, диод открыт. Напряжение U2 на вторичной обмотке трансформатора будет непосредственно приложено к нагрузке Rн и в ней возникнет ток i2 (рис.5.2,6), который будет повторять форму напряжения на вторичной обмотке трансформатора, так как трансформатор идеальный. В течение второго полупериода на аноде диода VD будет отрицательный относительно катода потенциал, диод закрыт, а ток в нагрузке окажется равным нулю.

Из рис.5.2, б видно, что напряжение на нагрузке пульсирует, достигая максимального значения один раз за период, такую кривую напряжения можно представить в виде суммы постоянной составляющей и ряда синусоид различной амплитуды и частоты. Постоянная составляющая Uо, т. е. среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке равна [7]:

Uо = 0,45 U2.

Cредний выпрямленный ток:

I0 = 0,318 I2m .

Из переменных составляющих выпрямленного напряжения наибольшую амплитуду имеет составляющая самой низкой (основной) частоты, т. е. амплитуда первой гармоники. Можно показать, что для однополупериодной схемы амплитуда первой гармоники

Um1 = 1,57Uо.

Поэтому коэффициент пульсаций:

Кп = Um1 / U0 = 1,57,

т. е. амплитуда первой гармоники в 1,57 раза больше выпрямленного напряжения.

По вторичной обмотке проходит постоянная составляющая тока нагрузки Iо. Она подмагничивает сердечник трансформатора. В стали трансформатора возникают потери, увеличивается ток холостого хода трансформатора и снижается КПД всего устройства.

Для уменьшения тока холостого хода и потерь в стали трансформатора приходится увеличивать сечение его сердечника. Это увеличивает габариты и массу всего выпрямителя.

Полезная мощность выпрямителя, отдаваемая им в нагрузку, определяется по формуле

Po = UoIo.

Большой коэффициент пульсации, большие размеры трансформатора вследствие плохого использования его обмоток, большое обратное напряжение на диоде ограничивают применение однополупериодной схемы выпрямления, несмотря на ее простоту.