Преобразование переменного тока в постоянный

Выпрямитель – устройство, преобразующее напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока. Это устройство нелинейное, поскольку преобразуется спектр сигнала. На рис.3.1 показано условное изображение выпрямителя (преобразователя AC/DC), а также временные и спектральные характеристики входного (U₁) и выходного (U_d) напряжений.

Рисунок 3.1 – Условное изображение выпрямителя (AC/DC) и

характеристики входного и выходного напряжений.

Задача выпрямителя – перенести энергию сигнала U₁ с частоты сети f_c на постоянную составляющую – сигнал U_0.

Задача фильтра, подключаемого к выходу выпрямителя – выделить только постоянную составляющую U₀ (полезный эффект выпрямления) и отфильтровать все остальные гармоники (пульсации) напряжения U_d, то есть “сгладить” напряжение. Такой фильтр называется сглаживающим и представляет собой ФНЧ с полосой пропускания << .

Если выпрямитель использует одну полуволну напряжения переменного тока, то он называется однотактным (однополупериодным), если обе полуволны – двухтактным (двухполупериодным).

Однотактное выпрямление (преобразование) иллюстрируется схемой и эпюрами рис.3.2 Ключ К синхронно с частотой источника U₁ подключает нагрузку к источнику на время одной полуволны (T/2). Если напряжение гармоническое , то на нагрузке получается пульсирующее напряжение с частотой . За период через нагрузку и источник проходит только один импульс тока. Частота первой гармоники тока (и напряжения пульсаций на нагрузке) равна частоте сети . Постоянная составляющая тока нагрузки протекает и через источник, вызывая его постоянное подмагничивание.

Рисунок 3.2 – Однотактное выпрямление

Двухтактное выпрямление (преобразование) иллюстрируется схемой и эпюрами рис.3.3. Ключи К1 и К2 синхронно с частотой источника U₁ подключают нагрузку на время одной полуволны (Т/2) два раза за период.

Рисунок 3.3 – Двухтактное выпрямление

Поэтому за период сети через нагрузку и источник проходят два импульса тока, причем через нагрузку – в одном направлении, а через источник – в противоположных направлениях. Частота импульсов тока (напряжения U_H) в нагрузке в два раза выше частоты сети (). Постоянная составляющая тока нагрузки не протекает через первичный источник и не влияет на его работу. В этом состоит основное отличие двухтактного выпрямления от однотактного.

Суть выпрямления переменного тока (принцип построения выпрямительных устройств) состоит в том, что через источник ток может протекать в одном или двух направлениях, а через нагрузку – только в одном направлении.

В качестве ключей для схем выпрямления используются неуправляемые и управляемые вентили (диоды, тиристоры, биполярные и полевые транзисторы). Наиболее широко известны неуправляемые вентили – диоды.