Активно-индуктивный характер нагрузки выпрямительного устройства реализуется при использовании дросселя в качестве первого элемента пассивного сглаживающего фильтра, то есть при использовании фильтров типа LC.
При подаче на дроссель индуктивностью L гармонического напряжения u2 = U2max 
sin 
через обмотку дросселя течет переменный ток iL, который на обмотках дросселя наведет ЭДС самоиндукции 
L, равную
L= -L 
(2.1)
Закон Ома для неоднородного участка цепи, представленного обмоткой дросселя, можно записать:
I R= U+ (2.2)
где I - сила ток, текущего по участку цепи с сопротивлением R, U - падение напряжения на участке цепи, - ЭДС, действующая на этом участке цепи. Для дросселя, сопротивление которого мало (R 
0), уравнение (2.2) можно записать в следующем виде:
U2max sin -L L = 0 (2.3)
или
L = U2max sin (2.4)
Из уравнения (2.4) следует, что:
diL = 
sin 
dt (2.5)
Домножив на 
числитель и знаменатель данное выражение, получают:
diL = 
sin d t = 
sin 
(2.6)
Величина L представляет собой индуктивное сопротивление дросселя. Естественно, что для постоянного тока ( = 0) величина индуктивного сопротивления L равна нулю. Однако с ростом частоты протекающего через обмотку дросселя тока индуктивное сопротивление дросселя увеличивается.
Интегрирование выражения (2.6) для тока, протекающего через дроссель, позволяет получить следующее уравнение:
iL = 
cos 
+ Const (2.7)
Учитывая, что постоянная составляющая силы тока iL отсутствует. В выражении (2.7) константу интегрирования следует прировнять нулю, то есть Const = 0, что позволяет выражение (2.7) записать в виде:
iL = 
cos (2.8)
Учитывая, что в соответствии с формулой привидения:
cos = sin 
(2.9)
уравнение (2.8) можно записать в виде:
iL = sin 
= I2max sin (2.10)
где
I2max = (2.11)
Из уравнения (2.11) можно получить, что U2max= 
I2max. После подстановки этого соотношения в уравнение (2.4) (с учетом, что левая часть есть не что иное как напряжение на дросселе) получают:
L = L I2max sin (2.12)
Из сравнения уравнений (2.12) и (2.10) следует, что ток iL, протекающий через дроссель, отстает от напряжения на нем, то есть наблюдается временное отставание изменения тока от изменения напряжения. Этот факт в значительной степени определяет особенность работы выпрямительных устройств на активно-индуктивную нагрузку.
Работой ВУ на нагрузку, имеющую активно-индуктивный характер, называют такой режим, когда первый элемент ВУ, расположенный за вентильной группой (рис. 2.22), является элемент, обладающий индуктивным сопротивлением, например, дроссель.
В качестве примера можно рассмотреть схему однофазного однопо- лупериодного однотактного ВУ, у которого сглаживающий элемент начинается с дросселя (рисунок 2.1) и питающегося переменным напряжением u1, изменяющимся во времени по гармоническому закону.
Рисунок 2.1 - Схема ВУ, работающего на активно-индуктивную нагрузку
На рисунке 2.2, а показано напряжения u2 = U2max 
sin вторичной обмотки сетевого трансформатора Т1.
Надо отметить, что наличие индуктивности в электрической цепи, по которой протекает изменяющийся ток, приводит к временному отставанию изменения тока от вызвавшего его изменения напряжения.
Это обусловлено наведением на обмотке дросселя L1 ЭДС индукции L1 определяемой соотношением:
L1 = 
, (2.13)
где L - индуктивность дросселя, iL1 - сила электрического тока, протекающего по обмотке дросселя, t - время.
Знак «
» в формуле (2.13) показывает, что ЭДС индукции имеет полярность, которая противодействует изменению тока iL1, протекающего по обмотке дросселя. Это утверждение называют правилом Ленца.
Таким образом, при возрастании тока iL1, протекающего по обмотке дросселя, ЭДС индукции L1 направлена навстречу напряжению u2 на вторичной обмотке транзистора Т1. На рисунке 2.1 полярность L1 в этом режиме указана без скобок.
Во время положительного полупериода по мере роста u2 сила электрического тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора Т1, возрастает и увеличивается ЭДС индукции L1, которая в соответствии с правилом Ленца отрицательна (рисунок 2.2, б ).
Рисунок 2.2 - Характерные данные для ВУ, работающего на активно-индуктивную нагрузку
Надо подчеркнуть, что сила тока вторичной обмотки трансформатора i2, сила тока iVD1 диода VD1 и сила тока iL1 обмотки дросселя L1 равны силе тока i0, протекающему через нагрузку RH, то есть:
i2 = iVD1 = iL1 =i0 (2.14)
Возрастание силы тока i0 происходит до момента 1. При > 1 L1 становится положительной (на рисунке 2.1 она указана в скобках) и энергия, накопленная в электромагнитном поле дросселя, затрачивается на поддержание протекания тока по обмотке дросселя в прежнем направлении.
И даже в момент времени 
, когда полярность u2 становится отрицательной ЭДС индукции L1 обеспечивает протекание тока в обмотке дросселя, а значит и во всей цепи нагрузки, в прежнем направлении.
В момент 
2 значение энергии в электромагнитном поле дросселя полностью расходуется и ток iL1 становится равным нуля.
В интервале от 0 до 2 диод VD1 находился в проводящем состоянии и, следовательно, падение напряжения на нем uVD1 равно нулю (рисунок 2.2, д).
При 
2 диод VD 1 выключается и к нему прикладывается мгновенное напряжение u2 на вторичной обмотке трансформатора Т1, то есть на интервале от 
2 до 2 
uVD1 = u2.
В момент = 2 
полярность напряжения u2 изменяется (на рисунке 2.1 указана без скобок), диод VD1 включается и все процессы повторяются.
Таким образом, можно сформулировать особенности работы ВУ, работающего на активно-индуктивную нагрузку.
· Сила тока в цепи нагрузки i0 возрастает медленнее чем, вызвавшее его напряжение на вторичной обмотке трансформатора.
· Пульсации мгновенно выпрямленного напряжения и тока будут меньшими, чем у ВУ, работающего на активную нагрузку. Это объясняется тем, что время, в течении которого ток протекает через диод превышает 
.
· Дроссель, включенный последовательно с нагрузкой RH и имеющий индуктивность L и активное сопротивление Rдр, оказывает большое сопротивление лишь переменной составляющей тока, протекающего через обмотку дросселя. Очевидно, что для повышения сглаживающего эффекта необходимо увеличивать индуктивность дросселя, так чтобы:
Rдр + RH. (2.15)
Следовательно, чем больше постоянная времени 
цепи, равная:
, (2.16)
тем лучше сглаживающее действие фильтра.
Для определения коэффициента сглаживания Ксгл индуктивного фильтра можно воспользоваться эквивалентной схемой (рисунок 2.3).
Выходное напряжение после вентильной группы представляет собой сумму двух составляющих: постоянной U0 и переменной u~.
Активное сопротивление обмотки дросселя Rдр существенно меньше сопротивления нагрузки RH. Поэтому в дальнейшем Rдр не учитывается.
По определению, коэффициент сглаживания пульсаций определяется отношением коэффициента пульсации Кпвх до фильтра к коэффициенту пульсаций Кпвых после фильтра, то есть:
Ксгл = 
(2.17)
Рисунок 2.3 - Эквивалентная схема индуктивного сглаживающего фильтра выпрямительного устройства
В свою очередь, Кп вх и Кп вых определяются по формулам:
Кп вых = 
(2.18)
и
Кп вых = 
(2.19)
где U1mах - амплитуда первой гармоники напряжения на входе сглаживающего фильтра, U'1mах - амплитуда первой гармоники напряжения на выходе сглаживающего фильтра.
Теперь с учетом (2.18) и (2.19) выражение (2.17) для коэффициента сглаживания пульсаций рассматриваемого индуктивного фильтра можно записать:
Ксгл = 
= 
(2.20)
В свою очередь для U1mах и U'1mах можно записать, что
U1mах = I1max Z и U'1mах = I1max RH,
где I1max - амплитуда первой гармоникисилы тока протекающего в цепи, Z - полное сопротивление цепи, Z = 
.
Тогда выражение (2.20) можно записать в виде:
Ксгл = 
= 
= 
(2.21)
Из полученного выражения (2.21) можно получить
Ксгл RH =
или
(Ксгл RH)2 = 
Из полученного выражение можно записать выражение для определения индуктивности L дросселя сглаживающего фильтра:
L2 = 
(2.22)
Полученную формулу для определения L дросселя можно упростить. Учитывая, что Ксгл » 1, то выражение (2.22) можно переписать в виде:
L = 
. (2.23)
Из полученного выражения можно сделать вывод о практической реализации индуктивного сглаживающего фильтра. Для получения минимальной индуктивности СФ, а значит и минимальных его массогабаритных параметров, при заданном коэффициенте сглаживания пульсаций индуктивные СФ целесообразно применять при малых сопротивлениях нагрузки RH и в многофазных схемах выпрямления ( = p 
, где 
- частота сети; р - тактность).
Заключение
Выбор схемы выпрямителя производят в зависимости от значения требуемой выходной мощности, выходного напряжения, коэффициента пульсаций, числа фаз.
Выпрямители применяются:
Блоки питания аппаратуры:
1.Блоки питания промышленной и бытовой радио- и электроаппаратуры (в т.ч. так называемые адаптеры (англ. AC-DC adaptor)).
2.Блоки питания бортовой радиоэлектронной аппаратуры транспортных средств.
3.Выпрямители электросиловых установок.
4.Выпрямители питания главных двигателей постоянного тока автономных транспортных средств и буровых станков.
5.Сварочные аппараты
Сюда относятся выпрямительные установки для:
• железнодорожной тяги
• городского электротранспорта
• электролиза (производство алюминия, хлора, едкого натра и др.)
• питания приводов прокатных станов
• возбуждения генераторов электростанций
Вентильные блоки преобразовательных подстанций систем энергоснабжения
Для питания главных двигателей постоянного тока прокатных станов, кранов и другой техники
Энергоснабжение заводов осуществляется электросетью переменного тока, но для приводов прокатных станов и других агрегатов выгоднее использовать двигатели постоянного тока по той же причине, что и для двигателей транспортных средств.
Для гальванических ванн (электролизёров) для получения цветных металлов и стали, нанесения металлических покрытий и гальванопластики.
Установки электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр)
Установки очистки и обессоливания воды
Для электроснабжения контактных сетей электротранспорта постоянного тока (трамвай, троллейбус, электровоз, метро)
Для несинхронной связи энергосистем переменного тока Для дальней передачи электроэнергии постоянным током.
Большое применение выпрямители переменного тока нашли и в автотранспортной промышленности, где служат зарядным устройством для автомобильных аккумуляторов. Таких устройств, как правило, существует огромное множество, с разными показателями и характеристиками
В настоящий момент на мировом рынке существует огромное количество выпрямителей переменного тока, разных фирм для более узкого применения в той или иной сфере деятельности.