Однополупериодный выпрямитель, принцип действия, коэффициент пульсации выпрямленного тока.

Схема однополупериодного выпрямителя (рис. 10) включа­ет однофазный трансформатор TV , во вторичную обмотку которого включены последовательно диод VD и нагрузочное сопротивление R_H . Первичная обмотка трансформатора при­соединена к сети переменного тока. При подаче переменного напряжения на первичную обмотку трансформатора напря­жение на зажимах его вторичной обмотки также будет пере­менным. Если напряжение на первичной обмотке является синусоидальным ( ), мгновенное напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом будет ме­няться во времени по синусоидальному закону ( ). Диод, как известно, проводит электрический ток только в том случае, когда его анод относительно катода будет иметь положительный потенциал. Поэтому ток в цепи (вторичная обмотка трансформатора TV, диод VD , нагрузка R_H ) будет протекать только в одном направлении, т.е. в течение поло­жительного полупериода переменного напряжения и₁ на пер­вичной обмотке трансформатора.

Рис. 10. Принципиальная схема однополупериодного выпрями­теля переменного тока: и₁, и₂, i ₁ , i ₂ - мгновенные значения напря­жения и тока первичной и вто­ричной обмоток трансформатора соответственно.

В результате этого ток, протекающий в цепи нагрузки, оказывается пульсирующим, неизменным по направлению, но изменяющимся по величине во времени. Временные диа­граммы изменения напряжений и токов, соответствующих однофазному однополупериодному выпрямителю, представ­лены на рис. 11.

Рис. 11. Временные диаграммы токов и напряжений однофаз­ного однополупериодного выпрямителя.

Из рис. 11 видно, что рассматриваемое выпрямительное устройство характеризуется значительными пульсациями выпрямленного тока i ₂ и напряжения на нагрузке и_н.

Максимальное значение тока, проходящего через диод:

где U _2т , U ₂ - максимальное и действующее значения напряжений.

Мгновенное значение тока i ₂, после разложения в гармо­нический ряд Фурье имеет вид:

Первое слагаемое этого ряда

представляет собой среднее значение тока нагрузки за пери­од Т' и называется постоянной составляющей выпрямленного тока. Амплитуда первой гармоники гармонического ряда Фурье

называют переменной составляющей выпрямленного тока (основной гармоникой), она имеет частоту ω напряжения на входе трансформатора (сети). Остальные слагаемые ряда на­зывают составляющими высших гармоник. Амплитуды выс­ших гармоник относительно невелики, поэтому при анализе их можно не учитывать.

Среднее выпрямленное напряжение на нагрузке:

Уравнение связывает среднее выпрямленное напря­жение U_cp со вторичным действующим значением напряже­ния трансформатора U ₂.

Действующее значение тока I ₂ во вторичной обмотке трансформатора TV находят как среднеквадратичное значе­ние тока за период T:

Максимальное обратное напряжение U _обр.т диода равно амплитудному значению вторичного напряжения трансфор­матора, так как в отрицательный полупериод ток равен нулю и падения напряжения на R_Hнет.

Качество выпрямления оценивается коэффициентом пульсации.

Для рассматриваемого однополупериодного однофазного выпрямителя:

Это означает, что амплитуда A ₁ переменной составляющей выпрямленного тока в 1,57 раза больше постоянной состав­ляющей I _ср .

Диод в схеме должен выдерживать максимальное обрат­ное напряжение выпрямителя, т.е. при выборе вентиля для выпрямителя следует выбирать

Однополупериодный выпрямитель имеет низкую эффективность из-за вы­сокой пульсации выпрямленного напряжения и находит ог­раниченное применение.