Преобразователи переменного тока в постоянный без трансформации параметров
Преобразователем переменного тока в постоянный без трансформации параметров являются диодные выпрямители. Диоды активно применяются для преобразования переменного тока в постоянный (правильнее, в однонаправленный пульсирующий). Диодный выпрямитель либо диодный мост (Другими словами 4 диода для однофазной схемы, 6 для трёхфазной полумостовой схемы либо 12 для трёхфазной полномостовой схемы, соединённых между собой по схеме) — главной компонент блоков питания фактически всех электронных устройств. Диодный трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А. Н. на трёх параллельных полумостах используется в автомобильных генераторах, он преобразует переменный трёхфазный ток генератора в постоянный ток бортовой сети автомобиля. Использование генератора переменного тока в сочетании с диодным выпрямителем вместо генератора постоянного тока с щёточно-коллекторным узлом разрешило существенно снизить размеры автомобильного генератора и повысить его надёжность.
В некоторых выпрямительных устройствах до сих пор используются селеновые выпрямители. Это позвано той изюминкой данных выпрямителей, что при превышении предельно допустимого тока, происходит выгорание селена (участками), не приводящее (до определенной степени) ни к утрата выпрямительных особенностей, ни к маленькому замыканию — пробою. В высоковольтных выпрямителях используются селеновые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых селеновых выпрямителей и кремниевые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых кремниевых диодов.
Двухполупериодный выпрямитель
Может строиться по мостовой либо полумостовой схеме (в то время, когда, к примеру, при выпрямления однофазного тока, употребляется особый трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки и в два раза меньшим числом выпрямляющих ток элементов. Такая схема сейчас используется редко, поскольку более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление, другими словами тяжелые потери на нагрев обмоток трансформатора. При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором направляться постоянно помнить, что переменное напряжение постоянно измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его большой амплитуды, а выпрямленное напряжение на конденсаторе, в отсутствии нагрузки, будет в любой момент равняется амплитудному. Это указывает, что, к примеру, при измеренном напряжении однофазного переменного тока 12 вольт до мостового однофазного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, на конденсаторе, (в отсутствии нагрузки), будет напряжение до 17 вольт. Под нагрузкой выпрямленное напряжение будет ниже, (но не ниже величины действующего напряжения переменного тока, в случае, если внутреннее сопротивление трансформатора — источника переменного тока — принять равным нулю) и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора.
Соответственно, выбор величины переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора, обязан строиться исходя из большой допустимой величины подаваемого напряжения, а ёмкость сглаживающего конденсатора — должна быть большой, дабы напряжение под нагрузкой не снизилось меньше минимально допустимого. На практике кроме этого учитывается неизбежное падение напряжения под нагрузкой — на сопротивлении проводов, обмотке трансформатора, диодах выпрямительного моста, и вероятное отклонение от номинального величины питающего трансформатор напряжения электросети.
Однофазные выпрямители
— Однополупериодный выпрямитель (четвертьмост)
Рисунок 1 — Однополупериодный выпрямитель
Несложная схема однополупериодного выпрямителя состоит лишь из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, поскольку для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с громадными размерами емкости и индуктивности, что ведет к повышению габаритно-весовых черт выпрямителя. Но схема однополупериодного выпрямления отыскала весьма широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения более 10 КГц, обширно использующихся в современной бытовой и промышленной аппаратуре. Разъясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых черт (заданного либо допустимого коэффициента пульсаций), нужны сглаживающие элементы с меньшими значениями емкости (индуктивности). размеры и Вес источников питания уменьшаются с увеличением частоты входного переменного напряжения.
Однополупериодный выпрямитель либо четвертьмост есть несложным выпрямителем и включает в себя один вентиль (диод либо тиристор).
Допущения: нагрузка чисто-активная, вентиль — совершенный электрический ключ.
Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку лишь в хорошие полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке Uн равняется нулю.
Эта величина в два раза меньше, чем в полномостовом.
Недочёты:
§ Большая величина пульсаций
§ Сильная нагрузка на вентиль (требуется диод с громадным средним выпрямленным током)
§ Низкий коэффициент применения габаритной мощности трансформатора (около 0,45) (не путать с КПД, что зависит от утрат в меди и утрат в стали и в однополупериодном выпрямителе практически такой же, как и в двухполупериодном).
Преимущества:
§ Экономия на количестве вентилей.
— Полумост
На двух диодах и двух конденсаторах, широко известный как «с удвоением напряжения» либо «удвоитель Латура-Делона-Гренашера».
Известна кроме этого схема с удвоением тока: параллельно единственной вторичной обмотке трансформатора включаются два последовательно соединённых дросселя, средняя точка соединения между которыми употребляется как средняя точка в «двухполупериодном выпрямителе со средней точкой».
— Полный мост (Гретца)
Рисунок 2 — Полный мост
На четырёх диодах, широко известный как «двухполупериодный», изобретён германским физиком Лео Гретцем. Площадь под интегральной кривой равна:
Средняя ЭДС равна 
другими словами в два раза больше, чем в четвертьмостовом.
Громаднейшее мгновенное значение напряжения на диодах —
Двухфазные выпрямители со сдвигом фаз 180°
— Два четвертьмоста параллельно (двухполупериодный со средней точкой)
Рисунок 3 — Выпрямитель Миткевича «два четвертьмоста параллельно» на двуханодной лампе
Тут вторичная обмотка Н помогает для накала катода лампы.
Рисунок 4- Выпрямитель Миткевича «два четвертьмоста параллельно» на твёрдотельных диодах.
Широко известный как «двухполупериодный со средней точкой». Внес предложение в 1901 г. доктор наук Миткевич В. Ф.. В этом выпрямителе две противофазных обмотки создают двухфазный переменный ток со сдвигом между фазами 180 угловых градусов. Двухфазный переменный ток выпрямляется двумя однополупериодными четвертьмостовыми выпрямителями, включенными параллельно и трудящимися на одну неспециализированную нагрузку. есть практически аналогом полномостового выпрямителя Гретца, но имеет практически в два раза большее эквивалентное внутреннее активное сопротивление, в два раза меньше диодов и средний ток через один диод практически в два раза больше, чем в полномостовом, при амплитуде выпрямляемого напряжения сопоставимой с падением напряжения на переходе твердотельного диода владеет существенно лучшим КПД если сравнивать с мостовой схемой. Использовалась, в то время, когда медь была дешевле диодов. В одной из работ отмечается, что в этом выпрямителе выпрямленные полупериоды имеют колоколообразную форму, другими словами форму близкую к функции y=Em*(sin(w*t))?.
Площадь под интегральной кривой равна:
Средняя ЭДС равна: 
Относительное эквивалентное активное внутреннее сопротивление равняется , другими словами в два раза больше, чем в однофазном полномостовом, следовательно, больше утраты энергии на нагрев меди обмоток трансформатора.
Частота пульсаций равна , где — частота сети.
— Два полных моста параллельно
Разрешает использовать диоды со средним током практически в два раза меньшим, чем в однофазном полномостовом.
Двухфазные выпрямители со сдвигом фаз 90°
— Два четвертьмоста параллельно
— Два полумоста параллельно
— Два полумоста последовательно
— Два полных моста параллельно
На двух параллельных полных мостах.
Площадь под интегральной кривой равна:
Средняя ЭДС равна: 
другими словами в раза больше, чем в однофазном полномостовом.
В режиме близких и холостого хода к нему ЭДС в мосту с громаднейшей на данном отрезке периода ЭДС обратно смещает (закрывает) диоды моста с меньшей на данном отрезке периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление наряду с этим равняется. При повышении нагрузки (уменьшении) появляются и возрастают отрезки периода, на которых оба моста трудятся параллельно на неспециализированную нагрузку, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равняется. В режиме замыкания оба моста трудятся параллельно на нагрузку на всём периоде, но нужная мощность в этом режиме равна нулю.
— Два полных моста последовательно
На двух последовательных полных мостах.
Площадь под интегральной кривой равна:
Средняя ЭДС равна: 
другими словами в два раза больше, чем в однофазном полномостовом.
Трёхфазные выпрямители
— Три четвертьмоста параллельно (схема Маткевича)
Самый распространены трёхфазные выпрямители по схеме Миткевича В. Ф. (на трёх диодах, предложена им в 1901 г.) и по схеме Ларионова А. Н. (на шести диодах, предложена в 1923 г.).
Выпрямитель по схеме Миткевича есть четвертьмостовым параллельным, по схеме Ларионова — полумостовым параллельным.
Рисунок 5 — Три четвертьмоста параллельно (Миткевича В. Ф.)
Рисунок 6 — Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (целой)
Площадь под интегральной кривой равна:
ЭДС равна: 
На близких и холостом ходу к нему режимах ЭДС в ветви с громаднейшей на данном отрезке периода обратносмещает (закрывает) диоды в ветвях с меньшей на данном отрезке периода ЭДС и относительное эквивалентное активное сопротивление равняется сопротивлению одной ветви При повышении нагрузки (уменьшении ) появляются и возрастают отрезки периода, на которых обе ветви трудятся на одну нагрузку параллельно и относительное эквивалентное активное сопротивление на этих отрезках равняется В режиме замыкания эти отрезки велики, но нужная мощность в этом режиме равна нулю.
Частота пульсаций равна , где — частота сети.
— Три поделённых полумоста параллельно (три «с удвоением напряжения» параллельно)
— Три полумоста параллельно, объединённые кольцом/треугольником («треугольник-Ларионов»)
Рисунок 7 — Три полумоста параллельно, объединённые кольцом/треугольником
Рисунок 8 — Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (целой)
В некоей электротехнической литературе время от времени не различают схемы «треугольник-звезда» и «Ларионов-Ларионов», каковые имеют различные значения среднего выпрямленного напряжения, большого тока, эквивалентного активного внутреннего сопротивления и др.
В выпрямителе треугольник-Ларионов утраты в меди больше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов», исходя из этого на практике чаще используется схема «звезда-Ларионов».
Также, выпрямители Ларионова А.Н. довольно часто именуют мостовыми, в действительности они являются полумостовыми параллельными.
В некоей литературе выпрямители Ларионова и подобные именуют «полноволновыми» в действительности полноволновыми являются выпрямитель «три последовательных моста» и подобные.
Площадь под интегральной кривой равна:
Средняя ЭДС равна: 
, другими словами больше, чем в выпрямителе Миткевича.
В работе схемы «треугольник-Ларионов» имеется два периода. Громадный период равен 360° ( ). Небольшой период равен 60° (? / 3), и повторяется в громадного 6 раз. Небольшой период складывается из двух малых полупериодов по 30° (? / 6), каковые зеркально симметричны и исходя из этого достаточно разобрать работу схемы на одном малом полупериоде в 30°.
На холостом ходу и в режимах родных к нему ЭДС в ветви с громаднейшей на данном отрезке периода обратносмещает (закрывает) диоды с меньшими на данном отрезке периода ЭДС.
В начальный момент ( ) ЭДС в одной из ветвей равна нулю, а ЭДС в двух вторых ветвях равны 0,86*Em, наряду с этим открыты два верхних диода и один нижний диод. Эквивалентная схема представляет собой две параллельные ветви с однообразными ЭДС (0,86) и однообразными сопротивлениями по 3*r каждое, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равняется 3*r/2. Потом, на малом полупериоде, одна из двух ЭДС, равных 0,86, растёт до 1,0, вторая значительно уменьшается до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5. Один из двух открытых верхних диодов закрывается, и эквивалентная схема есть параллельным включением двух ветвей, в одной из которых громадная ЭДС и её сопротивление равняется 3*r, в второй ветви образуется последовательное включение двух меньших ЭДС, и её сопротивление равняется 2*3*r=6*r, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равняется
Частота пульсаций равна , где — частота сети. Полная амплитуда пульсаций равна 
.
Относительная амплитуда пульсаций равна .
— Три полумоста параллельно, объединённые звездой («звезда-Ларионов»)
Рисунок 9 — Три полумоста параллельно, объединённые звездой
Рисунок 10 — Вид ЭДС схемы Звезда-Ларионов
Выпрямитель звезда-Ларионов (шестипульсный) используется в генераторах электроснабжения бортовой сети практически на всех средствах транспорта (автотракторных, водных, подводных, воздушных и др.). В электроприводе дизель электроходов и-тепловозов практически вся мощность проходит через выпрямитель звезда-Ларионов.
Площадь под интегральной кривой равна:
.
Средняя ЭДС равна:
,
другими словами в раза больше, чем в схемах «треугольник-Ларионов» и «три параллельных полных моста» и в два раза больше, чем в схеме Миткевича.
В этом выпрямителе имеется громадный период равный 360° и небольшой период, равный 60°. В громадном периоде помещаются 6 малых периодов. Небольшой период в 60° складывается из двух зеркально симметричных частей по 30°, исходя из этого для описания работы данной схемы достаточно разобрать её работу на одной части в 30° малого периода.
В начале малого периода ( ) ЭДС в одной из ветвей равна нулю, в двух вторых — по 0,86*Em. Эти две ветви включены последовательно. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление наряду с этим равняется Потом, одна из ЭДС. возрастает от 0,86 до 1,0, вторая значительно уменьшается от 0,86 до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5.
Эквивалентная схема наряду с этим представляет собой две последовательно включенные ветви, в одной из которых одна ЭДС и её сопротивление равняется сопротивлению одной обмотки 3*r, в второй две параллельно включенные ЭДС с сопротивлением 3*r любая, эквивалентное сопротивление двух параллельных ветвей равняется 3*r/2. Эквивалентное активное внутреннее сопротивление всей цепи равняется . В режимах родных к холостому ходу (при малых нагрузках) в параллельных ветвях э.д.с. в ветви с большей э.д.с. обратносмещает (закрывает) диод в ветви с меньшей э.д.с., наряду с этим изменяется эквивалентная схема. При повышении нагрузки появляются и возрастают отрезки периода на которых обе ветви трудятся на нагрузку параллельно. В режиме замыкания отрезки параллельной работы возрастают до длины всего периода, но нужная мощность в этом режиме равна нулю.
Частота пульсаций равна , где — частота сети. Полная амплитуда пульсаций равна
.
Относительная амплитуда пульсаций равна .
— Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно (6 диодов)
Рисунок 11 — Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно (6 диодов)
есть практически аналогом выпрямителя «три полных моста параллельно» и имеет практически такие же свойства, как и выпрямитель «три полных моста параллельно», но эквивалентное внутреннее активное сопротивление практически в два раза больше, число диодов в два раза меньше, средний ток через один диод практически в два раза больший.
Площадь под интегральной кривой равна:
.
Средняя ЭДС равна: 
, другими словами такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».
— Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно (6 диодов)
есть практически аналогом выпрямителя «три полных моста последовательно» и имеет практически такие же свойства, но эквивалентное внутреннее активное сопротивление практически в два раза больше, число диодов в два раза меньше, средний ток через один диод практически в два раза больше.
— Три полных моста параллельно (12 диодов)
Рисунок 12 — Три полных моста параллельно (тип 1)
Рисунок 3 — Три полных моста параллельно (тип 2)
Менее известны полномостовые трёхфазные выпрямители по схеме «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах), и др., каковые по многим параметрам превосходят выпрямитель Ларионова А.Н.
По схемам выпрямителей возможно видеть, что выпрямитель Миткевича В. Ф. есть «недостроенным» выпрямителем Ларионова А.Н., а выпрямитель Ларионова А.Н. есть «недостроенным» выпрямителем «три параллельных моста».
Рисунок 14 — Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (целой)
Площадь под интегральной кривой равна:
.
Средняя ЭДС равна: , другими словами такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».
В режиме холостого хода ЭДС в мосту с громаднейшей на данном отрезке громадного периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в мостах с меньшими на данном отрезке громадного периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление наряду с этим равняется сопротивлению одного моста При повышении нагрузки (уменьшении ) появляются и возрастают отрезки периода на которых два моста трудятся на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода наряду с этим равняется сопротивлению двух параллельных мостов При предстоящем повышении нагрузки появляются и возрастают отрезки периода на которых все три моста трудятся на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равняется сопротивлению трёх параллельных мостов В режиме замыкания все три параллельных моста трудятся на нагрузку, но нужная мощность в этом режиме равна нулю.
Выпрямитель «три параллельных полных моста» на холостом ходу имеет такую же среднюю ЭДС, как в выпрямителе «треугольник-Ларионов» и такие же сопротивления обмоток, но, поскольку у него схема с свободными от соседних фаз диодами, то моменты переключения диодов отличаются от моментов переключения диодов в схеме «треугольник-Ларионов». Нагрузочные характеристики этих двух выпрямителей получаются различными.
Частота пульсаций равна , где — частота сети.
Безотносительная амплитуда пульсаций равна
.
Относительная амплитуда пульсаций равна .
— Три полных моста последовательно (12 диодов)
Рисунок 15 — Три полных моста последовательно (12 диодов)
Площадь под интегральной кривой равна:
Средняя ЭДС равна: 
, другими словами в два раза больше, чем в схеме «треугольник-Ларионов».
Эквивалентное внутреннее активное сопротивление равняется сопротивлению трёх последовательно включенных мостов с сопротивлением 3*r любой, другими словами .
Частота пульсаций равна , где — частота сети.
Данный выпрямитель имеет громаднейшую среднюю ЭДС и может применяеться в высоковольтных источниках напряжения (в установках электростатической очистки промышленных и др.).
N-фазные выпрямители
Как и трёхфазные, многофазные выпрямители смогут быть полномостовыми, полумостовыми и четвертьмостовыми, параллельными раздельными, параллельными объединёнными звёздами, параллельными объединёнными кольцами, последовательными, параллельно-последовательными.
Двенадцатипульсовый статический выпрямитель
Представляет собой параллельное (либо время от времени последовательное) включение двух выпрямителей Ларионова со сдвигом фаз входных трёхфазных токов. Наряду с этим в два раза растет количество выпрямленных полупериодов если сравнивать с простым выпрямителем Ларионова почему значительно уменьшается относительная амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения и в два раза возрастает частота пульсаций выпрямленного напряжения, что кроме этого облегчает сглаживание выпрямленного напряжения.
Выпрямители с умножением напряжения
Выпрямители с умножением напряжения используются в тех случаях, в то время, когда не известно почему входное переменное напряжение должно быть ниже, чем выходное постоянное. К примеру, в отечественных телевизорах, начиная с некоторых моделей от последних серий УЛПЦТИ и впредь до 4УСЦТ использовался умножитель большого напряжения в цепи анода кинескопа.
— Выпрямитель Вилларда
Складывается из конденсатора, включенного последовательно с обмоткой, и диода, включенного параллельно нагрузке. На протяжении отрицательного полупериода ток течёт по цепи: «источник переменного тока — конденсатор — диод», конденсатор заряжается. На протяжении хорошего полупериода заряженный конденсатор включается последовательно с трансформатором, напряжения на них складываются. Особенность данного выпрямителя в том, что в качестве сглаживающего фильтра непременно обязан употребляться дроссель, поскольку конденсатор на протяжении отрицательного полупериода будет разряжаться.
— Выпрямитель Грейнахера
Данный выпрямитель содержит 2 диода. Принцип действия тот же, что и у выпрямителя Вилларда, но в качестве сглаживающего фильтра возможно применять конденсатор. Такая схема довольно часто употребляется в качестве амплитудного детектора в радиоприёмниках.
— Мостовой удвоитель напряжения
Мостовой удвоитель напряжения напоминает мост Гретца, но в отличие от него в одном из плеч моста вместо диодов установлены конденсаторы. За счёт этого на протяжении каждой полуволны во входную цепь подключается то один, то второй конденсатор, а напряжение на выходе выпрямителя складывается из напряжений на двух конденсаторах.