Читать онлайн учебники
на as6400825.ru

Физика
Учебник 11 класса

       

§ 3.4. Выпрямление переменного тока

  • В технике и в быту применяется главным образом переменный ток. Однако во многих случаях бывает необходим и ток постоянный. Постоянный ток используется при электролизе. Электродвигатели постоянного тока допускают плавное регулирование скорости вращения и развивают большой вращающий момент при пуске. Эти свойства делают их незаменимыми на транспорте (электровозы, трамваи, троллейбусы, электрокары). Постоянное напряжение необходимо для зарядки аккумуляторов и питания больиминства радиотехнических устройств. Наконец, постоянным током питаются индукторы генераторов переменного тока.

Постоянный ток чаще всего получают из переменного с помощью специальных устройств — выпрямителей. Действие любого выпрямителя основано на возможности создания элементов цепи, пропускающих ток только в одном определенном направлении. Таким свойством обладают двухэлектродные электронные лампы, а также полупроводниковые диоды.

Рассмотрим некоторые схемы выпрямления переменного тока с применением полупроводниковых диодов. Это наиболее распространенные в настоящее время выпрямители.

Однополупериодное выпрямление

При включении диода в цепь с переменным синусоидальным напряжением (рис. 3.4) ток в цепи проходит только в течение половины каждого периода. Такое выпрямление переменного тока называется однополу периодным.

Рис. 3.4

Зависимость силы тока от R времени при таком выпрямлении имеет вид, показанный на рисунке 3.5. Ток, протекающий через резистор R (см. рис. 3.4), является постоянным лишь по направлению. Сила тока не постоянна. В течение одного полупериода она возрастает от нуля до максимального значения, а затем убывает снова до нуля. В течение всего второго полупериода сила тока равна нулю, затем она снова возрастает и т. д. Такой ток называется пульсирующим.

Рис. 3.5

Двухполупериодное выпрямление

Для использования обоих полупериодов переменного тока применяются схемы двухполупериодного выпрямления. Одной из распространенных схем полупроводниковых выпрямителей с двухполупериодным выпрямление является мостовая схема, показанная на рисунке 3.6.

Рис. 3.6

В момент, когда потенциал клеммы А источника переменного напряжения положителен, а клеммы В — отрицателен, ток идет через диоды 1 и 4 (рис. 3.7, а). Диоды 2 и 3 при этом заперты, а цепь в этих местах практически разомкнута. Через половину периода потенциал клеммы А становится отрицательным, а клеммы В — положительным. Теперь уже заперты диоды 1 и 4, и ток пропускают диоды 2 и 3 (рис. 3.7, б).

Рис. 3.7

Через нагрузку ток в течение обоих полупериодов проходит в одном и том же направлении: от С к D. Однако и теперь сила тока непрерывно изменяется: после выпрямления ток также оказывается пульсирующим (рис. 3.8).

Рис. 3.8

Сглаживающие фильтры

Для питания радиотехнических цепей пульсирующий ток не годится. Здесь необходим ток постоянного направления с постоянной силой тока. Для получения выпрямленного тока, практически свободного от пульсаций, применяют сглаживающие фильтры.

Простейшим фильтром является конденсатор достаточно большой емкости, включенный параллельно нагрузке (рис. 3.9). Фильтр работает так. В ту часть полупериода, когда ток нарастает, часть его проходит через нагрузку, а другая часть ответвляется в конденсатор, заряжая его (сплопхные стрелки на рисунке 3.9). Разветвление тока уменьшает силу тока в нагрузке.

Рис. 3.9

Зато в течение второй части полупериода, когда ток убывает, конденсатор частично разряжается через нагрузку, и через нее проходит ток того же направления (пунктирная стрелка на рисунке 3.9). Таким образом, в течение всего периода достигается непрерывное прохождение тока через нагрузку и уменьшение его пульсаций. Форма сглаженного тока показана на рисунке 3.10 сплошной (ломаной) линией.

Рис. 3.10

Еще более совершенным является фильтр, состоящий из катушки со стальным сердечником, набранным из листовой стали (дросселя), и двух конденсаторов. Дроссель, обладающий большой индуктивностью, включается последовательно с нагрузкой, а конденсаторы параллельно: один — перед дросселем, а другой после него (рис. 3.11). ЭДС самоиндукции в катушке (дросселе) противодействует изменениям тока. Она ослабляет его во время нарастания и поддерживает во время убывания.

Рис. 3.11

В настоящее время полупроводниковые выпрямители используются для питания постоянным током электрифицированных железных дорог, городского электротранспорта (метро, трамвай, троллейбус), а также электролитических цехов.

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru