Среднее профессиональное образование а. В. Грищенко, В. В. Стрекопытов электрические машины и преобразователи подвижного состава

10.2. Выпрямители. 
 
Выпрямители однофазного тока. Применяются для питания выпрямленным напряжением 
различных систем и устройств промышленной и транспортной автоматики, обработки и 
отображения информации, бытовых приборов. Как правило, выпрямители однофазного тока 
рассчитаны на небольшие мощности (до нескольких киловатт). В тяговом электроприводе на 
электроподвижном составе (электровозах и мотор-вагонах электропоездов), получающим 
питание от контактной сети однофазного тока, применяются мощные однофазные 
выпрямители мощностью от нескольких сотен киловатт до нескольких мегаватт. 
Простейшей схемой однофазного выпрямителя является однопульсовая (однополупериодная) 
схема, выполненная на диоде VD1 с шунтирующим диодом VD2 или без него (рис. 10.1, а). 
В практических схемах такой выпрямитель используется крайне редко из-за низкого 
качества выпрямленного напряжения U
d
: оно получается пульсирующим и состоит из 
отдельных полусинусоидальных импульсов, которые повторяются через каждый период 
(рис. 10.1, в). Такая форма выпрямленного напряжения получается из-за того, что диод VD1 
проводит только одну полуволну напряжения U
2
, а вторая им отсекается. Значение 
выпрямленного напряжения U
d
на нагрузке R
н
принимают равным среднему значению U
cp
пульсирующего напряжения. Пренебрегая падением напряжения на вторичной обмотке 
трансформатора, получим: U
d 
= U
cp 
= (1 / π) U
2 
= 0
,
318U
2
(10.1) 
где U
2
– эффективное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В. Двухпульсовые 
(двухполупериодные) однофазные выпрямители применяют для уменьшения пульсации 
выпрямленного тока и улучшения использования трансформатора и диодов. Обычно 
применяют схемы с нулевым выводом или мостовые схемы. В выпрямителе с нулевым 
выводом (рис. 10.2, а) вторичная (вентильная) обмотка трансформатора имеет три вывода. К 
двум крайним выводам подключены диоды VD1 и VD2. Потребитель (R
н
,L
н
) включен между 
точкой соединения их катодов и средним выводом вторичной обмотки трансформатора. 
Трансформатор преобразует однофазное напряжение, подаваемое на его первичную обмотку, 
в двухфазное. При этом индуцируемые в его обмотках ЭДС сдвинуты по фазе друг 
относительно друга на 180 эл. град. 
Рис. 10.1. Однофазный однополупериодный выпрямитель. 
а – принципиальная схема; б и в – графики входного и выпрямленного напряжения 
соответственно; Т– трансформатор; I
d
– выпрямленный ток. 

---

97 / 203 
Рис. 10.2. Двухполупериодный однофазный выпрямитель на основе трансформатора с 
выводом от средней точки. 
а – схема выпрямителя, б и в – графики входного и выпрямленного напряжения 
соответственно. 
Так как оба вентиля включены в две противоположные фазы вторичной обмотки 
трансформатора, то они проводят ток поочередно по аналогии с предыдущим случаем: 
положительную полуволну пропускает диод VD1, а отрицательную – VD2. Определим 
основные расчетные соотношения, воспользовавшись временными диаграммами на рис. 10.2, 
б и в. Среднее значение выпрямленного напряжения: 
U
d
= 2√2U
2
/π = 0,9U
2
(10.2) 
Максимальное значение обратного напряжения на диодах: 
U
bmax
= 2U
2max
= πU
d
(10.3) 
где U
2max 
– амплитудное значение напряжения вторичной обмотки трансформатора, В. 
Эффективное значение тока вторичной обмотки трансформатора составляет I
2
= 0,785I
d
. 
Расчетная (типовая) мощность, Вт, преобразовательного трансформатора S
T
определяется 
величиной мощности нагрузки P
d
: S
T
= = 1,48Р
d
Мостовой выпрямитель (рис. 10.3) состоит из четырех диодов VD1– VD4, подключенных 
непосредственно к сети или ко вторичной обмотке трансформатора, который в этом случае 
не имеет среднего вывода. В течение положительного полупериода ток I
d
проходит от 
источника переменного тока через диод VD1, нагрузку R
н
и диод VD4 ко второму выводу. В 
течение следующего, отрицательного, полупериода ток I
d
проходит от источника через диод 
VD3, нагрузку R
н
и диод VD2 к первому выводу. В оба полупериода ток проходит через 
нагрузку R
н
в одном направлении. Среднее значение выпрямленного напряжения U
d
= 0,9U
2
. 
Максимальное значение обратного напряжения на диодах: 
U
bmax
= 1,57U
d
(10.4) 
Эффективное значение тока вторичной обмотки трансформатора: 
I
2
=1,11I
d
(10.5) 
Расчетная мощность обмоток трансформатора: 
S
т 
= l,23P
d
(10.6) 
Коэффициент использования трансформатора по мощности: k
Р
= 0,815P
d
Качество выпрямленного напряжения в обоих случаях оценивается коэффициентом 
пульсации k
q
, представляющим собой отношение амплитуды переменной составляющей 
выпрямленного напряжения к его среднему значению. Поскольку k
q
= 0,66, то можно сделать 
вывод, что качество выпрямленного напряжения невысокое. Для обеспечения 
удовлетворительной работы потребителей в большинстве случаев необходим сглаживающий 
фильтр, улучшающий качество преобразования тока.