вентиль с потерями) или линейно-ломаной линией d (идеализированный вентиль с потерями и порогом выпрямления).

В качестве вентилей в настоящее время применяют почти исключительно полупроводниковые диоды. Порог выпрямления кремниевых диодов лежит в пределах 0,4-0,8 В, а германиевых 0,15-0,2 В. Для низковольтных,выпрямителей (выпрямленное напряжение менее десяти вольт) порог выпрямления кремниевых вентилей составляет заметную часть выходного напряжения и его следует обязательно учитывать при расчетах, выбирая в качестве расчетной модель вентиля с порогом. Для выпрямителей с выходным напряжением более 10 В можно проводить расчет и на основе модели вентиля без порога выпрямления.

Наклон спрямленной характеристики вентиля с потерями определяет внутреннее сопротивление вентиля - г^.

tliA

Рис. 6.2

Величины сопротивлений зависят от допустимого прямого тока вентиля и лежат в пределах от десятков ом (слаботочные диоды) до долей ома (сильноточные диоды).

Прямой ток вентиля ограничивается его разогревом из-за потерь электрической мощности, пропорциональных падению напряжения на вентиле. При обратном напряжении полупроводниковый вентиль пропускает, хотя и малый, но отличный от нуля обратный ток. Этим током, как правило, пренебрегают. Только в высоковольтных выпрямителях при токах нагрузки, меньших одного миллиампера, учет обратного тока вентилей может привести к заметным поправкам.

Следует отметить, что малый обратный ток соответствует обратному напряжению, не превосходящему некоторого предела. За этим пределом обратный ток резко возрастает и вентиль пробивается. Это обстоятельство ограничивает величину обратного напряжения, которое может быть приложено к вентилю.

Схема простейшего электрического выпрямителя (рис. 6.2) содержит трансформатор, вентили и нагрузку.

Трансформатор необходим для преобразования напряжения сети к величине, удобной для дальнейшего выпрямления и гальванической развязки, нагрузки выпрямителя от сети.

В обш,ем случае у него обмоток (фаз) в первичной цепи и m фаз во вторичной цепи.

В приведенной схеме как первичные, так и вторичные обмотки соединены в звезду. В подавляющем большинстве схем вторичные обмотки именно так и соединяются. Что же касается первичных обмоток, то они могут соединяться и в многоугольник.

К концу каждой из вторичных обмоток подсоединен анод вентиля. Катоды всех вентилей подсоединены к сборной шине, которая и является одним (в данном случае положительным) выводом выпрямителя. Второй вывод выпрямителя (отрицательный) берется от средней точки звезды вторичных обмоток трансформатора. К этим выводам и подключается нагрузка выпрямителя.

Из-за нелинейности характеристик вентилей ток в каждой из вторичных обмоток может протекать только в одну сторону. Через нагрузку протекает суммарный ток всех фаз (вентилей) вторичной обмотки, имеющий значительную постоянную составляющую (выпрямленный ток).

Если изменить полярность включения всех вентилей на обратную, т. е. подсоединить их катодами к концам вторичных обмоток, а анодами к сборной шине, то выпрямленное напряжение изменит свою полярность.

Для уменьшения переменных составляющих в выходном напряжении между нагрузкой и выпрямителем включают фильтр, называемый сглаживающим. Необходимость в фильтре вызывается тем, что мгновенная мощность переменного тока пульсирует во времени, а мгновенная мощность постоянного тока неизменна. Следовательно, для получения на выходе постоянного тока в выпрямителе должен быть элемент, запасающий избыток (по отношению к среднему значению) мощности в те моменты, когда мощность переменного тоКа близка к максимуму, и отдающий этот запас в нагрузку в моменты, соответствующие минимуму мгновенной мощности переменного тока.

Накопление (запасание) мощности можно осуществить лишь в реактивных элементах (катушках индуктивности или конденсаторах), поэтому фильтр должен содержать в своем составе хотя бы один такой элемент.

Из двух схем выпрямителей, содержащих один накопительный элемент в накопителе (рис. 6.3, а, б), практическое применение находит лишь схема с конденсатором.

У схемы с дросселем, примененным в качестве накопителя энергии, нельзя получить малое выходное сопротивление для переменных составляющих тока нагрузки. Связано это с тем, что индуктивность дросселя L, по которому протекает весь ток нагрузки, для хорошего сглаживания пульсаций должна быть значительной. А при большой индуктивности дросселя на нем возникают большие падения напряжения при изменениях тока нагрузки.

с целью лолучения малого выходного сопротивления фильтра для liepсменных составляющих тока нагрузки его схему приходится усложнять и включать второй реактивный элемент - конденсатор С, как это показано на рис. 6.3, е.

Аналогичный фильтр для дополнительного сглаживания пульсаций (дроссель L и конденсатор С) может подключаться и к выпрямителю с емкостным накопителем, приведенным на рис. 6.3, б. Тогда его схема приобретает вид (рис. 6,3, г).

Чем больше число фаз выпрямляемого переменного напряжения, тем чаще и с меньшей амплитудой пульсирует мгновенная мощность переменного тока. Поэтому в многофазном выпрямителе уменьшается

-Ч>1-

с, q:

Рис. 6.3

как запасаемая в реактивностях фильтра мощность, так и время, на которое она запасается, что приводит к уменьшению габаритов и веса накопительных элементов.

При увеличении частоты переменного напряжения сокращается время, на которое запасается энергия в фильтре, что позволяет опять-таки сократить размеры и вес фильтра.

При большом числе фаз выпрямляемого напряжения можно добиться достаточно качественного выпрямления и без фильтра.

Включение того или иного фильтра на выход выпрямителя существенно сказывается на процессах, происходящих в самой выпрямительной схеме (вентилях и трансформаторе). Это объясняется тем, что цепи постоянного и переменного тока в электрическом выпрямителе связаны через вентили. Поэтому включение реактивности в цепь постоянного тока выпрямителя сказывается на величине и форме тока в обмотках трансформатора, т. е. в цепи переменного тока.

При сложных схемах фильтра характер процессов в выпрямителе будет определяться той реактивностью, которая создает основное сопротивление переменной составляющей выпрямленного тока. Прочие