Як відбувається випрямлення змінного струму

Як відомо, електростанції виробляють змінний струм. Змінний струм легко перетворюється за допомогою трансформаторів, він передається по проводах з мінімальними втратами, на змінному струмі працюють багато електродвигуни, врешті-решт, всі промислові і побутові мережі працюють сьогодні саме на змінному струмі.

Однак для деяких застосувань змінний струм принципово не годиться. Заряджати акумулятори необхідно постійним струмом, електролізні установки живляться постійним струмом, світлодіоди вимагають постійного струму, і багато де ще просто не обійтися без постійного струму, не кажучи вже про гаджетах, де спочатку використовуються акумулятори. Так чи інакше, іноді доводиться добувати постійний струм з змінного шляхом його перетворення, для вирішення цього завдання і вдаються до випрямлення змінного струму.

Для випрямлення змінного струму використовують діодні випрямлячі. Найпростіша схема випрямляча, що містить усього один напівпровідниковий діод, називається однополуперіодним випрямлячем. Змінний струм тут проходить через первинну обмотку трансформатора, вторинна обмотка якого одним своїм висновком з’єднана з анодом діода, а іншим – з ланцюгом навантаження, яка в свою чергу, будучи приєднана до катода діода, замикає вторинну ланцюг трансформатора.

Розглянемо, що відбувається в перший момент часу, коли до анода діода прикладена позитивна, щодо його катода, напруга, що діє протягом першого напівперіоду змінного струму.

У цей момент електрони рухаються від катода до анода діода, через провід вторинної обмотки трансформатора, через дросель і далі через навантаження, – так замикається ланцюг. Коли починається протилежний напівперіод, електрони від анода до катода проникнути не можуть, тому струму в ланцюзі під час цього полупериода немає. З настанням наступного напівперіоду процес повторюється.

Отже, оскільки струм в ланцюзі тече лише під час одного з напівперіодів, такий тип випрямлення називається однополуперіодним випрямляння. А через те, що під час негативних напівперіодів струм в ланцюг навантаження не потрапляє, форма його виходить пульсуючою, адже діє він в одному напрямку, хоча і змінюється за величиною.

Згладжує фільтр, що складається з дроселя (котушки індуктивності) і конденсаторів, застосовується в даній схемі для того, щоб знизити рівень пульсацій на навантаженні, і зробити струм майже ідеально постійним. Практично змінну складову схема фільтра в навантаження не пропускає, пропускає лише постійну складову.

Котушка має індуктивний опором, яке залежить від частоти струму, і чим вище частота – тим більше індуктивний опір котушки, тому змінної складової пульсуючого струму котушка пручається. Постійну складову котушка пропускає легко.

Конденсатор же пропускає змінну складову, але не пропускає постійну, і чим вище частота струму, тим сильніше конденсатор її пропускає. У загальному і цілому чим більше ємність конденсатора і чим вище індуктивність котушки дроселя – тим менше непотрібної зміною складової в постійному струмі, поточному конкретно через навантаження.

Отже, коли в ланцюзі діє позитивна полуволна струму, перший конденсатор заряджається до амплітудної величини змінної напруги вторинної обмотки (мінус падіння напруги на діоді). Коли діє негативний полуволна, електрику в конденсатор не надходить, і він, разряжаясь на навантаження, підтримує в ній постійний струм.

Якби не було дроселя, то оскільки напруга на конденсаторі в ході даного процесу зменшувалася б, ток на навантаженні так чи інакше мав би сильні пульсації. Щоб пульсації знизити, в ланцюг і додається дросель (котушка), та ще й з додатковим конденсатором, розташованим за ним. Другий конденсатор приймає на себе струм, що йде через дросель, який вже майже не містить пульсацій.

Щоб пульсації згладити ще краще, застосовують двонапівперіодний випрямляч. Двухполуперіодний випрямляч може бути реалізований одним з двох способів. Він може бути виконаний по мостовій схемі (що складається з чотирьох діодів), або включати в себе всього два діода, але тоді вторинна обмотка трансформатора повинна мати подвійну кількість витків і висновок посередині між половинами обмоток.

Двухполуперіодний випрямляч працює наступним чином. Протягом одного з напівперіодів (припустимо, позитивного) струм направлений від анода до катода верхнього за схемою діода, а нижній за схемою діод ток в цей час не пропускає, він замкнений (так само поводиться єдиний діод в однополуперіодним випрямлячі під час негативної напівхвилі струму ).

Струм замикається через фільтр, навантаження, і далі – через середній висновок на обмотку трансформатора. Коли настає другий напівперіод, полярність струму така, що нижній за схемою діод пропускає струм через фільтр і через навантаження, а верхній діод замкнений. Далі процеси повторюються.

Оскільки струм тут подається до навантаження протягом кожного з двох періодів, таке випрямлення називається двухполуперіодним випрямленням, а випрямляч – двухполуперіодним випрямлячем. Пульсації на виході тут овдовіле менше, ніж у однополупериодного випрямлення, оскільки частота випрямлених імпульсів вдвічі більше, індуктивний опір дроселя виходить удвічі більшим, а конденсатори не встигають значно розряджатися.

Більш детально типові схеми різних випрямлячів розглянуті тут: Схеми однофазних випрямлячів електричного струму

Андрій повну

Ссылка на основную публикацию