Выпрямители. назначение, классификации, структурная схема

Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования входного электрического тока переменного направления в ток постоянного направления^[1] (то есть однонаправленный ток), в частном случае — в постоянный выходной электрический ток.

Выпрямленные напряжения udи ток id содержат постоянную (полезную) составляющую Ud, Id и переменную составляющую (пульсации). Качественная сторона работы выпрямителя оценивается соотношениями между полезной составляющей и пульсациями напряжения и тока. Коэффициент пульсаций данной схемы составляет 1,57.

Среднее за период значение выпрямленного напряжения при идеальных вентилях и трансформаторе

Ud = 0,45 U2

Максимальное значение обратного напряжения на вентиле

Uобр.max = √2U2 = 3,14Ud

где U2 - действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора Т

Для однополупериодной схемы справедливы следующие соотношения между напряжениями, токами и мощностями в отдельных элементах выпрямителя по отношению к соответствующим средним значениям на нагрузке

Большинство выпрямителей создаёт не постоянный, а пульсирующий ток, для сглаживания пульсаций применяют фильтры.

Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянного тока в переменный ток называется инвертором.

Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).

Выпрямители классифицируют по следующим признакам:

· по виду переключателя выпрямляемого тока

o механические синхронные с щёточно коллекторным коммутатором тока^[2];

o механические синхронные с контактным переключателем (выпрямителем) тока;

o с электронной управляемой коммутацией тока (например, тиристорные);

o электронные синхронные (например, транзисторные) — как разновидность выпрямителей с управляемой коммутацией;

o с электронной пассивной коммутацией тока (например, диодные);

· по мощности

o силовые выпрямители;

o выпрямители сигналов;

· по степени использования полупериодов переменного напряжения

o однополупериодные — пропускают в нагрузку только одну полуволну;

o двухполупериодные — пропускают в нагрузку обе полуволны;

o неполноволновые — не полностью используют синусоидальные полуволны;

o полноволновые — полностью используют синусоидальные полуволны;

· по схеме выпрямления — мостовые, с умножением напряжения, трансформаторные, с гальванической развязкой, бестрансформаторные и пр.;

· по количеству используемых фаз — однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные;

· по типу электронного вентиля — полупроводниковые диодные, полупроводниковые тиристорные, ламповые диодные (кенотронные), газотронные, игнитронные, электрохимические и пр.;

· по управляемости — неуправляемые (диодные), управляемые (тиристорные);

· по количеству каналов — одноканальные, многоканальные;

· по величине выпрямленного напряжения — низковольтные (до 100 В), средневольтовые (от 100 до 1000 В), высоковольтные (свыше 1000 В);

· по назначению — сварочный, для питания микроэлектронной схемы, для питания ламповых анодных цепей, для гальваники и пр.;

· по степени полноты мостов — полномостовые, полумостовые, четвертьмостовые;

· по наличию устройств стабилизации — стабилизированные, нестабилизированные;

· по управлению выходными параметрами — регулируемые, нерегулируемые;

· по индикации выходных параметров — без индикации, с индикацией (аналоговой, цифровой);

· по способу соединения — параллельные, последовательные, параллельно-последовательные;

· по способу объединения — раздельные, объединённые звёздами, объединённые кольцами;

· по частоте выпрямляемого тока — низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.

· Структурная схема выпрямителя состоит из трех основных частей: трансформатора, вентилей (диодов) и фильтра. Кроме того, может применятся стабилизатор напряжения.

· Трансформатор - преобразует напряжение сети переменного тока до величины, необходимой для получения на выходе выпрямителя заданного напряжение постоянного тока.

· Вентиль - преобразует двухполярное напряжение переменного тока в однополярное (пульсирующее) напряжение постоянного тока. Для каждого выпрямителя обязательно наличие вентилей в зависимости от технических требований, остальные элементы могут отсутствовать.