Выпрямитель тока

— преобразователь электрического тока переменного направления в ток постоянного направления. Большинство мощных источников электрической энергии вырабатывают ток переменного направления. Однако многие электрические устройства на городском и железнодорожном транспорте, в химической и радиотехнической промышленности, в цветной металлургии и других отраслях работают на токе постоянного направления различного напряжения. В простейшем случае переменный ток выпрямляется вентилем электрическим, пропускающим ток (например, синусоидальный) только или преимущественно в одном направлении. По видам применяемых вентилей выпрямители тока подразделяют на электроконтактные, кенотронные, газотронные, тиратронные, ртутные, полупроводниковые и тиристорные.

Различают схемы выпрямителей тока однополупериодные, двухполупериодные с нулевым выводом и мостовые. Основные элементы выпрямителя: трансформатор, вентиль и сглаживающий фильтр. Конденсатор заряжается положительными полуволнами пульсирующего тока, а в паузах, соответствующих по времени отрицательным полуволнам, разряжается на нагрузку. Таким образом, пульсирующий ток сглаживается, усредняется.

Однополупериодные однофазные схемы выпрямителей тока применяют главным образом в маломощных устройствах с ёмкостным или индуктивным сглаживающим фильтром. Основное преимущество - простота и малое число вентилей; недостатки - большие пульсации выпрямленного напряжения и высокое обратное напряжение на вентилях (при ёмкостном фильтре).

В двухполупериодной схеме выпрямителей тока применяют трансформатор со средней точкой во вторичной обмотке. Благодаря такому соединению обмотки с вентилями выпрямленный ток формируется из обеих полуволн тока. Частота пульсаций выпрямленного тока при этом возрастает в два раза по сравнению с однополупериодным выпрямителем. Если напряжение промышленной частоты 50 гц, то частота пульсации тока на нагрузке будет 100 гц, что облегчает сглаживание. Мостовая схема выпрямителя также двухполупериодная, но вторичная обмотка трансформатора выполнена без средней точки и имеет в два раза меньшее количество витков по сравнению со вторичной обмоткой трансформатора. Дополнительное сглаживание выпрямленного тока в этих схемах обеспечивается индуктивно-ёмкостными либо резистивно-ёмкостными фильтрами. Указанные схемы выпрямителей тока применяют обычно в системах питания устройств, у которых потребляемая мощность не превышает нескольких квт (радиоприёмники, телевизоры, некоторые устройства автоматики и телемеханики и др.), и лишь в отдельных случаях для питания мощных (до тысячи кВт) устройств (например, двигателей электровозов). Существуют выпрямители тока, в которых наряду с выпрямлением тока осуществляется умножение выпрямленного напряжения. Схемы с умножением обычно применяют в высоковольтных установках, предназначенных для испытания электрической изоляции, а также в рентгеновских установках, электронных осциллографах и т.п.

В трхфазных цепях для питания мощных промышленных установок, во избежание несимметричности нагрузки на сеть электроснабжения, применяют схемы трёхфазных выпрямителей тока. Первичная обмотка трансформатора в таких выпрямителях соединяется в звезду или треугольник. В зависимости от числа вторичных обмоток трансформатора различают 3-, 6-, 12-, 18-фазные и т.д. однополупериодные и мостовые выпрямители трёхфазного тока. Приведена трёхфазная однополупериодная схема. Первичная обмотка трансформатора соединена треугольником, а вторичная - звездой. Фазные токи i₁, i₂, i₃ выпрямляются и суммируются, образуя выпрямленный выходной ток J. В мостовой трёхфазной схеме обе обмотки трансформатора соединены звездой. Основные преимущества её такие же, как и у однофазных схем выпрямителей тока.