Випрямлення змінного струму

На рисунку показана схема й принцип дії напівперіодного випрямляча. Використовуючи односторонню провідність напівпровідникового діода, струм у зворотному напрямку відтинається.

При встановленні на верхній частині вторинної обмотки трансформатора полярності "+", а на нижній "-" вентиль D відкривається і струм протікає від вторинної обмотки трансформатора через навантаження R. При зміні полярності напруги на первинній обмотці трансформатора — вентиль D закритий і струм через навантаження не протікає.

Перевагою однонапівперіодної схеми є те, що використовується лише один діод.

Недоліками даної схеми є малий ККД і велика пульсація напруги на схемі.

На відміну від однофазного однопівперіодного випрямляча в однофазному випрямлячі з нульовим виводом струм у навантаженні протікає двічі за період у тому ж самому напрямку.

При встановленні на верхній частині вторинної обмотки трансформатора полярності "+", а на нижній "-" вікривається вентиль D1 (D2 закритий) і струм протікає від вторинної обмотки через навантаження R. При зміні полярності на виводах вторинної обмотки трансформатора — вентиль D2 відкритий (D1 закритий), струм проходить через навантаження R. При цьому зворотня напруга на діодах буде вдвічі більшою, ніж на навантаженні R.

Магніторушійні сили, що зумовлені постійними складовими струмів вторинних обмоток направлені зустрічно. Тому перевагою схеми є відсутність вимушеного підмагнічування осердя трансформатора.

Недоліком цієї схеми є неповне використання трансформатора — в кожен момент часу працює лише одна половина вторинної обмотки.

Для збільшення потужності випрямленого струму використовується мостова схема. Чотири діоди під'єднані таким чином, що під час половини періоду працюють лише два з них, а під час наступної половини — два інші, даючи корисний струм в тому ж напрямку.

При встановленні на верхній частині вторинної обмотки трансформатора полярності "+", а на нижній "-" струм від вторинної обмотки протікає по колу D1, R, D4. При зміні полярності на виводах вторинної обмотки трансформатора — по колу D3, R, D2.

Перевагою мостового однофазного мостового випрямляча є те, що у цієї схеми вдвічі менша зворотня напруга на вентилі, порівняно зі схемою з нульовим виводом та високий коефіцієнт використання потужності трансформатора.

Недоліком схеми є необхідність застосування чотирьох вентилів, що призводить до підвищених втрат в них і більшому падінню напруги в випрямлячі.

Три четвертьмоста паралельно. Схема Міткевича В. Ф.

Вид ЕРС на вході (точками) і на виході (суцільний)

Площа під інтегральною кривою рівна:

${\displaystyle S=6\int \limits _{\pi /6}^{\pi /2}E_{\text{m}}\sin(\omega t)\,d(\omega t)=6{\frac {\sqrt {3}}{2}}E_{\text{m}}=3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}$,

де ${\displaystyle E_{\text{m}}={\sqrt {2}}E_{\text{2eff}}}$ — максимальне (найбільше) миттєве значення ЕРС, ${\displaystyle E_{\text{2eff}}}$ — ефективне (діюче) значення ЕРС вторинної обмотки трансформатора або генератора.

Середня ЕРС рівна: ${\displaystyle E_{\text{sr}}={\frac {3{\sqrt {3}}E_{\text{m}}}{2\pi }}=0{,}83E_{\text{m}}=1{,}17E_{\text{2eff}}.}$

На холостому ходу і близьких до нього режимах ЕРС в колі з найбільшою на даному відрізку періоді ЕРС зміщує (закриває) діоди в колі з меншою на даному відрізку періоду ЕРС. Відносний еквівалентний активний опір при цьому рівний опору однієї гілки 3•r. При збільшенні навантаження (зменшенні R_n) з'являються і збільшуються відрізки періоду на яких обидві гілки працюють на одне навантаження паралельно. Відносний еквівалентний внутрішній активний опір на цих відрізках рівний 3•r/2. В режимі короткого замикання ці відрізки максимальні, але корисна потужність в цьому режимі рівна нулю.

Від'ємні напівперіоди у випрямлячі Міткевича не використовуються. Через це випрямляч Міткевича має дуже низький коефіцієнт використання габаритної потужності трансформатора і застосовується при невеликих потужностях.

Частота пульсації рівна 3• f, где f — частота мережі.

Абсолютна амплітуда пульсацій рівна ${\displaystyle 0{,}5E_{\text{m}}}$.

Відносна амплітуда пульсацій рівна 0,5/0,83 = 0,6 (60%).

Як правило, на автономних транспортних засобах (автомобілях, тракторах, тепловозах, теплоходах, атомоходах, літаках) для отримання електроенергії застосовують генератори змінного струму, так як вони мають велику потужність при менших габаритах і вазі, ніж генератори постійного струму. Але для приводів рушіїв транспорту зазвичай застосовуються двигуни постійного струму, так як вони дозволяють простим перемиканням полюсів живильного струму управляти напрямком руху. Це дозволяє відмовитися від складних, важких і ненадійних коробок перемикання передач. Також застосовується і для приводу бурильних верстатів бурових вишок.

Перетворювачі бортового електропостачання постійного струму автономних транспортних засобів використовуються для автотракторної, залізничної, водної, авіаційної та іншої техніки.

Генерація електроенергії на транспортному засобі зазвичай проводиться генератором змінного струму, але для живлення бортової апаратури необхідний постійний струм. Наприклад, в легкових автомобілях застосовуються електромеханічні або напівпровідникові випрямлячі.

Енергопостачання заводів здійснюється електромережею змінного струму, але для приводів прокатних станів та інших агрегатів вигідніше використовувати двигуни постійного струму з тієї ж причини, що і для двигунів транспортних засобів.

Для гальванічних ванн (електролізерів) для отримання кольорових металів і сталі, нанесення металевих покриттів і гальванопластики.

У зварювальних апаратах постійного струму застосовуються найчастіше мостові схеми на потужних кремнієвих випрямних діодах — вентилях, з метою отримання постійної зварювальної напруги і струму. Він відрізняється від змінного тим, що при використанні його сильніше нагрівається область дуги близько позитивного її полюса, що дозволяє або здійснювати зварювання деталей, що зварюються, переважно, плавким зварювальним електродом, або економити електроди, здійснюючи різання металів електродуговим зварюванням.