Выпрямление переменного тока

§ 133. ВЫПРЯМЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Переменный ток, как уже известно, удобен для трансформиро­вания и поэтому используется очень широко. Государственные электростанции, снабжающие электроэнергией промышленные предприятия, вырабатывают переменный ток.

Но для многих отраслей промышленности, для электротранспорта, электролизных установок, электронной аппаратуры, Дл" зарядки аккумуляторов требуется электрическая энергия постоянного тока. Это создает необходимость преобразования переменного тока в постоянный. Процесс преобразования переменного Тока в постоянный называется выпрямлением.

Прибор, в котором для выпрямления переменного тока приме­няется электронная лампа (кенотрон), называется ламповым или кенотронным выпрямителем.  

На рис. 178, а изображена схема однополупериодного кенотрон­ного выпрямителя. Переменный ток проходит через первичную об­мотку I трансформатора Тр. Вторичная обмотка II одним концом соединяется с анодом кенотрона, а вторым концом — через нагруз­ку с катодом. Обмотка III служит для накала нити лампы.

В течение одного полупериода, когда на аноде лампы поддер­живается положительное напряжение по отношению к катоду, элек­троны, вылетающие из нагретого катода под действием электриче­ского поля анода, притягиваются к нему и движутся в направлении: анод лампы — обмотка II трансформатора — нагрузка — дроссель Др — катод. В другой полупериод, когда на аноде создается отри­цательное напряжение по отношению к катоду, электроны, вылетающие из катода, отталкиваются полем анода и в цепи нагрузки  ток не течет. В следующие полупериоды процесс повторяется.

Поскольку при этой схеме электрический ток проходит через диод и нагрузку, включенную в его цепь только в течение одного полупериода, такое выпрямление называется однополупериодным. График напряжений при однополупериодном выпрямлении приве­ден на рис. 178, б.

Во время отрицательных полупериодов в цепи нагрузки тока  нет, а во время положительных полупериодов нагрузка получает  ток одного направления, который все же изменяется по величине

так, как изменяется  переменный  ток  в   течение  положительного полупериода. Такой изменяющийся по величине, но постоянный по направлению ток называется пульсирующим.

Чтобы уменьшить пульсацию тока и превратить его в постоян­ный ток, не изменяющийся по величине, применяют сглаживающие фильтры.

Пульсирующий электрический ток можно себе представить как сумму постоянных и переменных токов, или, иначе говоря, как сумму постоянной и переменной составляющих. Роль фильтра заключается в том, чтобы не пропускать через нагрузку перемен­ные составляющие и пропускать постоянную составляющую, т. е. постоянный ток.

Сглаживающий фильтр обычно состоит из катушки индуктив­ности (дросселя) и конденсаторов. Известно, что катушка индук­тивности обладает индуктивным сопротивлением

Оно становится тем больше, чем выше частота f переменного тока, протекающего по катушке, и больше ее индуктивность L. Из этого следует, что переменному току дроссель оказывает боль­шое сопротивление и сильно его уменьшает. Для постоянного же тока  дроссель  не  представляет  собой   большого  сопротивления, и ток легко проходит по обмотке дросселя. Конденсатор, наоборот не пропускает постоянного тока и свободно пропускает переменный. Как известно, сопротивление конденсатора

поэтому чем выше частота f тока в цепи, в которую включен конденсатор, и чем больше емкость С конденсатора, тем меньше сопро­тивления он оказывает переменному току.

Эти свойства дросселя и конденсатора используются для сглаживания пульсирующего электрического тока.

Сглаживающий фильтр включается в схему выпрямителя (рис 178, а). Действие сглаживающего фильтра заключается в следующем. В течение положительного полупериода, когда через лампу

проходит ток, конденсатор С1 подключенный к точкам 1 и 2, заряжается до наибольшего значения переменного напряжения па за­жимах вторичной обмотки II трансформатора Тр. В течение отрицательного полупериода, когда ток в лампе прекращается, этот конденсатор разряжается и поддерживает напряжение на нагрузочном сопротивлении. По мере разряда конденсатора сила тока, конечно, уменьшается и поэтому ток в цепи все же пульсирует. Для сниже­ния пульсации между точками 1 я 3 включен дроссель Др, а между точками 3 и 4 — еще конденсатор  С2. Дроссель оказывает значительное сопротивление переменным составляющим пульсирующая го тока и почти не пропускает их. Через конденсатор С2 проходят те переменные составляющие,   которые   в   незначительном   количестве протекают через дроссель. В результате этого на зажимах нагрузки получается относительно постоянное напряжение.

Для   получения   выпрямленного   напряжения    со   значительно меньшими пульсациями широко применяется схема двухполупериодного выпрямления переменного тока  (рис. 179). Для этих целей служат двухполупериодные  выпрямители,  в  которых  используют электронные лампы, имеющие два анода,— двуханодные кенотроны.

Выпрямитель работает так.  Допустим,   что  в  течение  одного полупериода напряжение, подаваемое со вторичной обмотки транс­форматора к анодам кенотрона, имеет положительное значение (плюс) на аноде А1 и отрицательное (минус) на аноде А₂ по отно­шению катода. Тогда ток пройдет от точки 1 вторичной обмотки трансформатора к аноду А1,  а затем через катод, дроссель, нагруз­ку — к средней точке вторичной обмотки трансформатора.

Через анод А₂, имеющий отрицательный потенциал, ток не по­течет.

В течение второго полупериода полярность напряжения на ано­дах изменится. Ток пройдет от точки 2 вторичной обмотки транс­форматора к аноду А₂, катоду, дросселю, нагрузке и к средней точ­ке вторичной обмотки трансформатора.

В следующие полупериоды процесс повторится. Через нагрузку ток протекает всегда в одном и том же направлении. Поскольку ток проходит через нагрузку в одном и том же направлении в течение каждого из двух полупериодов, такое выпрямление называется двух-полупериодным.

График напряжений при двухполупериодном выпрямлении при­веден на рис. 179, б. Качество сглаживания получается лучше, чем при однополупериодном выпрямлении, так как частота переменных составляющих увеличивается в два раза, и следовательно, возрас­тает для них индуктивное сопротивление дросселей при двойном уменьшении емкостного сопротивления конденсаторов.