Диодный выпрямитель

Выпрямитель электрического тока — механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.^{[1] [2]}

Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, а пульсирующие однонаправленные напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которых применяют фильтры.

Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянных напряжения и тока в переменные напряжение и ток — называется инвертором. Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).

Классификация

Выпрямители классифицируют по следующим признакам:

• по виду переключателя выпрямляемого тока
  • механические синхронные с щёточноколлекторным коммутатором тока (применяются в коллекторных генераторах постоянного тока, в механических выпрямителях при производстве алюминия)
  • механические синхронные с контактным переключателем (выпрямителем) тока
  • с электронной управляемой коммутацией тока (например, тиристорные);
  • с электронной пассивной коммутацией тока (например, диодные);

• по мощности
  • силовые выпрямители (в силовой электронике, в энергетике)
  • выпрямители сигналов (в радиоэлектронике и автоматике)

• по степени использования полупериодов переменного напряжения:
  • однополупериодные — пропускают в нагрузку только одну полуволну. Преимущество — минимум вентильных элементов. Недостаток — нагрузка трансформатора существенно зависит от фазы, из-за чего возникают дополнительные гармоники на выводах трансформатора.
  • двухполупериодные — пропускают в нагрузку обе полуволны.
  • неполноволновые — не полностью используют синусоидальные полуволны.
  • полноволновые — полностью используют синусоидальные полуволны.

• по схеме выпрямления — мостовые, с умножением напряжения, трансформаторные, с гальванической развязкой, безтрансформаторные и т. д.
• по количеству используемых фаз — однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные
• по типу электронного вентиля — полупроводниковые диодные, полупроводниковые тиристорные, ламповые диодные (кенотронные), газотронные, игнитронные, электрохимические и т. д.
• по управляемости — неуправляемые (диодные), управляемые (тиристорные)
• по величине выпрямленного напряжения — низкого напряжения или высокого.
• по назначению — сварочный, для питания микроэлектронной схемы, для питания ламповых анодных цепей и пр.
• по степени полноты мостов — полномостовые, полумостовые, четвертьмостовые.
• по способу соединения — параллельные, последовательные, параллельнопоследовательные.
• по способу объединения — раздельные, объединённые звёздами, объединённые кольцами.
• по частоте выпрямляемого тока — низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.

Применение

Выпрямление электрического тока

Выпрямители обычно используются там, где нужно преобразовать переменный ток в постоянный ток.

Блоки питания аппаратуры

Применение выпрямителей в блоках питания радио- и электроаппаратуры обусловлено тем, что обычно в системах электроснабжения зданий или транспортных средств (самолётов, поездов) применяется переменный ток, и выходной ток любого электромагнитного трансформатора, применённого для гальванической развязки цепей или для понижения напряжения, всегда переменный, тогда как в большинстве случаев электронные схемы и электродвигатели целевой аппаратуры рассчитаны на питание током постоянного напряжения.

• Блоки питания промышленной и бытовой радио- и электроаппаратуры (в т.ч. так называемые адаптеры (англ. AC-DC adaptor)).

• Блоки питания бортовой радиоэлектронной аппаратуры траспортных средств.

Выпрямители электросиловых установок

• Выпрямители питания главных двигателей постоянного тока автономных транспортных средств и буровых станков.

Как правило, на автономных транспортных средствах (автомобилях, тракторах, тепловозах, теплоходах, атомоходах, самолётах) для получения электроэнергии применяют генераторы переменного тока, так как они имеют бо́льшую мощность при меньших габаритах и весе, чем генераторы постоянного тока. Но для приводов движителей транспорта обычно применяются двигатели постоянного тока, так как они позволяют простым переключением полюсов питающего тока управлять направлением движения. Это позволяет отказаться от сложных, тяжёлых и ненадёжных коробок переключения передач. Также применяется и для привода бурильных станков буровых вышек.

• Преобразователи бортового электроснабжения постоянного тока автономных транспортных средств: автотракторной, железнодорожной, водной, авиационной и другой техники.

Генерация электроэнергии на транспортном средстве обычно производится генератором переменного тока, но для питания бортовой аппаратуры необходим постоянный ток. Например, в легковых автомобилях применяются электомеханические или полупроводниковые выпрямители.

Сварочные аппараты

В сварочных аппаратах постоянного тока применяются чаще всего мостовые схемы на мощных кремниевых выпрямительных диодах — вентилях (клапанах), с целью получения постоянного сварочного напряжения и тока. Он отличается от переменного тем, что при использовании его сильнее нагревается область дуги около положительного (+) её полюса, что позволяет либо осуществлять щадящую сварку свариваемых деталей преимущественно плавящимся сварочным электродом, либо экономить электроды, осуществляя резку металла электродуговой сваркой.

Применение выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный вызвало понятие среднего значения тока по модулю (т. е. без учета знака ординаты) за период. При двухполупериодном выпрямлении среднее значение по модулю определяется как среднеарифметическое значение всех ординат обеих полуволн за целый период без учета их знаков (т. е. полагая все ординаты за период положительными, что и имеет место при двухполупериодном идеальном выпрямлении.

Приемниками электроэнергии с нелинейными характеристиками являются в первую очередь всевозможные преобразовательные установки переменного тока в постоянный, использующие различные вентили.

Сюда относятся выпрямительные установки для:

• железнодорожной тяги
• городского электротранспорта
• электролиза (производство алюминия, хлора, едкого натра и др.)
• питания приводов прокатных станов
• возбуждения генераторов электростанций

В качестве вентилей до последнего времени использовались в основном ртутные выпрямители (неуправляемые и управляемые). В настоящее время широкое применение находят преимущественно кремниевые полупроводниковые выпрямители. Внедряются тиристорные выпрямители.

Обычно выпрямительные установки выполняются большой мощности и присоединяются через специальные трансформаторы к питающей сети на напряжении 6 — 10 кВ. Выпрямительные установки небольшой мощности выполняются по трехфазной схеме с нулевым выводом.

Вентильные блоки преобразовательных подстанций систем энергоснабжения

• Для питания главных двигателей постоянного тока прокатных станов, кранов и другой техники

Энергоснабжение заводов осуществляется электросетью переменного тока, но для приводов прокатных станов и других агрегатов выгоднее использовать двигатели постоянного тока по той же причине, что и для двигателей транспортных средств.

• Для гальванических ванн (электролизёров) для получения цветных металлов и стали, нанесения металлических покрытий и гальванопластики.

• Установки электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр)

• Установки очистки и обессоливания воды

• Для электроснабжения контактных сетей электротранспорта постоянного тока (трамвай, троллейбус, электровоз, метро)

• Для несинхронной связи энергосистем переменного тока^[3]

• Для дальней передачи электроэнергии постоянным током^[4].

Выпрямители высокочастоных колебаний

В составе ректенн:

• в перспективных системах сбора энергии окружающих шумовых электромагнитных сигналов.
• в перспективных системах беспроводной передачи электроэнергии.

Детектирование высокочастотного сигнала

Выпрямители (диоды) применяют для демодуляции амплитудно-модулированного сигнала в детекторах АМ-сигнала.

Простейший диодный АМ детектор

Схема АМ детектора на базе однополупериодного выпрямителя.

Демодулятор амплитудно модулированного высокочастотного сигнала в простейшем случае представляет собой однополупериодный выпрямитель на одном диоде с выходным фильтром из конденсатора и резистора. Соотношение номиналов ёмкости и сопротивления выбирается так, чтобы оптимально сглаживать полупериоды несущей высокой частоты, при превышении амплитуды полупериодов несущей выше напряжения на конденсаторе ёмкость заряжается, при уменьшении амплитуды полупериодов несущей ниже напряжения на конденсаторе ёмкость разряжается, тем самым огибающая восстанавливает модулирующий (низкочастотный) сигнал. При демодуляции сигнала звуковых частот (20—20000 Гц) как правило, применяется кремниевый или германиевый диод и конденсатор ёмкостью порядка 10—47 нФ.

Характеристики

• Номинальное выходное напряжение постоянного тока и допустимый диапазон его изменения;
• Номинальный ток нагрузки;
• Диапазон эффективного входного напряжения переменного тока (например 220В ± 10 %);
• Допустимая выходная пульсация, её амплитудно-частотные характеристики;
• Нагрузочная характеристика.
• Эквивалентное внутреннее комплексное (в первом приближении активное) сопротивление.
• Коэффициент использования габаритной мощности трансформатора.

Типовые схемы

Однополупериодный выпрямитель

Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами емкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя. Однако схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 КГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленной аппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями емкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения.

Двухполупериодный выпрямитель

Может строиться по мостовой или полумостовой схеме (когда, например, в случае выпрямления однофазного тока, используется специальный трансформатор с выводом от средней точки вторичной обмотки и вдвое меньшим количеством выпрямляющих ток элементов. Такая схема ныне применяется редко, так как более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление, то есть большие потери на нагрев обмоток трансформатора. При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить, что переменное напряжение всегда измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его максимальной амплитуды, а выпрямленное напряжение на конденсаторе, в отсутствии нагрузки, будет всегда равно амплитудному. Это означает, что, например, 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, если внутреннее сопротивление трансформатора — источника переменного тока — принять равным нулю) и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора.

Соответсвенно, выбор величины переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора, должен строиться исходя из максимальной допустимой величины подаваемого напряжения, а ёмкость сглаживающего конденсатора — должна быть достаточно большой, чтобы напряжение под нагрузкой не снизилось меньше минимально допустимого. На практике также учитывается неизбежное падение напряжения под нагрузкой — на сопротивлении проводов, обмотке трансформатора, диодах выпрямительного моста, а также возможное отклонение от номинального величины питающего трансформатор напряжения электрической сети.

Однофазные выпрямители

Четвертьмост

На одном диоде, широко известный как «однополупериодный». Без учёта падения напряжения на диодах, средняя ЭДС равна площади под интегральной кривой ЭДС (синусоидой), делённой на длину периода $2\cdot \pi.$

Площадь под интегральной кривой равна:

$S = \int\limits_0^\pi E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t) = 2\cdot E_m,$ где $E_m=\sqrt 2\cdot E_2eff,$ — максимальное (наибольшее) мгновенное значение ЭДС, $E_2eff\,\!$ — эффективное (действующее) значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора или генератора.

Средняя ЭДС равна: $Esr=\frac{2\cdot E_m}{2\cdot\pi}=\frac{E_m}{\pi},\,\!$ то есть вдвое меньше, чем в полномостовом.

При учёте падения напряжения на диоде из площади под синусоидальным полупериодом нужно вычесть отсекаемую из-за падения напряжения на диоде площадь. В модели первого приближения эта площадь равна $Sd=Ud\cdot \pi,$ где $Ud\,\!$ — падение напряжения на диоде (на кремниевом около 1 вольта, на германиевом около 0,5 вольта, на селеновом около ___ вольта, на диодах Шоттки около 0,2—0,4 вольта). В модели второго приближения эта площадь равна Sd = .

Относительное эквивалентное активное внутреннее сопротивление равно $r\,\!$.

Ток в нагрузке равен $I=E/(r_v+R_n)\!$

Мощность в нагрузке равна $P_n=R_n\cdot I^2 \!$

Мощность потерь в меди равна $P_m=r_v\cdot I^2 \!$

Частота пульсаций равна $f\,\!$, то есть частоте сети.

Наибольшее мгновенное напряжение на диоде:

1. в схеме без ёмкости фильтра — $Ud=\sqrt 2*Um$

2. в схеме с ёмкостью фильтра — $Ud=2*\sqrt 2*Um$

Полумост

На двух диодах и двух конденсаторах, широко известный как «с удвоением напряжения» или «удвоитель Латура-Делона-Гренашера». ^[5]

Известна также схема с удвоением тока: параллельно единственной вторичной обмотке трансформатора включаются два последовательно соединённых дросселя, средняя точка соединения между которыми используется как средняя точка в «двухполупериодном выпрямителе со средней точкой». ^[6]

Полный мост (Гретца)

На четырёх диодах, широко известный как «двухполупериодный».

Площадь под интегральной кривой равна:

$S = 2\cdot \int\limits_0^\pi E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t) = 4\cdot E_m.$

Средняя ЭДС равна $Esr=\frac{4\cdot E_m}{2\cdot \pi}=\frac{2\cdot E_m}{\pi},\,\!$ то есть вдвое больше, чем в четвертьмостовом.

Эквивалентное внутреннее активое сопротивление равно $r\,\!$.

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна $2\cdot f\,\!$, где $f\,\!$ — частота сети.

Наибольшее мгновенное значение напряжения на диодах — $U_d=\sqrt 2*Um$

Двухфазные выпрямители со сдвигом фаз 180°

Два четвертьмоста параллельно

Выпрямитель Миткевича «два четвертьмоста параллельно» на двуханодной лампе. Здесь вторичная оботка Н служит для накала катода лампы.

Выпрямитель Миткевича «два четвертьмоста параллельно» на твёрдотельных диодах.

Широко известный как «двухполупериодный со средней точкой». Предложил в 1901 г. профессор Миткевич В. Ф.. В этом выпрямителе две противофазных обмотки являются двумя фазами со сдвигом 180 угловых градусов. Является почти аналогом полномостового выпрямителя Гретца, но имеет почти вдвое большее эквивалентное внутреннее активное сопротивление, вдвое меньше диодов и средний ток через один диод почти вдвое больше, чем в полномостовом. В одной из работ отмечается, что в этом выпрямителе выпрямленные полупериоды имеют колоколообразную форму, то есть форму близкую к функции y=Em*(sin(w*t))².

Площадь под интегральной кривой равна:

$S = 2\cdot \int\limits_0^\pi E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t) = 4\cdot E_m.$

Средняя ЭДС равна: $Esr=\frac{4\cdot E_m}{2\cdot \pi}=\frac{2\cdot E_m}{\pi}.\,\!$

Относительное эквивалентное активное внутреннее сопротивление равно $2\cdot r\,\!$, то есть вдвое больше, чем в однофазном полномостовом, следовательно больше потери энергии на нагрев меди обмоток трансформатора (или расход меди).

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна $2\cdot f\,\!$, где $f\,\!$ — частота сети.

Два полных моста параллельно

Позволяет применять диоды со средним током почти вдвое 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:

$S = 8\cdot \int\limits_{\pi/4}^{\pi/2} E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t) = 8\cdot \frac{\sqrt 2}{2}\cdot E_m = 4\cdot \sqrt 2\cdot E_m.$

Средняя ЭДС равна: $Esr=\frac{4\cdot \sqrt 2\cdot E_m}{2\cdot \pi}=\frac{2\cdot \sqrt 2\cdot E_m}{\pi},$ то есть в $\sqrt 2$ раз больше, чем в однофазном полномостовом.

В режиме холостого хода и близких к нему ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды моста с меньшей на данном отрезке периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно $2\cdot r.\,\!$ При увеличении нагрузки (уменьшении $Rn\,\!$) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых оба моста работают параллельно на общую нагрузку, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно $r.\,\!$ В режиме короткого замыкания оба моста работают параллельно на нагрузку на всём периоде, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Два полных моста последовательно

На двух последовательных полных мостах.

Площадь под интегральной кривой равна:

$S = 8\cdot (\int\limits_{\pi/4}^{\pi/2} E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t)+\int\limits_0^{\pi/4} E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t)) = 8\cdot (-0+\frac{\sqrt 2}{2}-\frac{\sqrt 2}{2}+1)\cdot E_m=8\cdot E_m.$

Средняя ЭДС равна: $Esr=\frac{8\cdot E_m}{2\cdot \pi}=\frac{4\cdot E_m}{\pi},$ то есть вдвое больше, чем в однофазном полномостовом.

Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно $4\cdot r.\,\!$

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна

Трёхфазные выпрямители

Наиболее распространены трёхфазные выпрямители по схеме Миткевича В. Ф. (на трёх диодах), предложенной им в 1901 г. и по схеме Ларионова А. Н. (на шести диодах), предложенной в 1923 г. Выпрямитель по схеме Миткевича является четвертьмостовым параллельным, по схеме Ларионова — полумостовым параллельным.

Три четвертьмоста параллельно (Миткевича В. Ф.)

Три четвертьмоста параллельно (Миткевича В. Ф.)

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

(«Частично трёхполупериодный со средней точкой»). Площадь под интегральной кривой равна:

$S = 6\cdot \int\limits_{\pi/6}^{\pi/2} E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t) = 6\cdot \frac{\sqrt 3}{2}\cdot E_m = 3\cdot \sqrt 3\cdot E_m.$

Средняя ЭДС равна: $Esr=\frac{3\cdot \sqrt 3\cdot E_m}{2\cdot \pi}.\,\!$

На холостом ходу и близких к нему режимах ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода обратносмещает (закрывает) диоды в ветвях с меньшей на данном отрезке периода ЭДС и относительное эквивалентное активное сопротивление равно сопротивлению однй ветви $3\cdot r.\,\!$ При увеличении нагрузки (уменьшении $Rn\,\!$) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на одну нагрузку параллельно и относительное эквивалентное активное сопротивление на этих отрезках равно $3\cdot r/2.\,\!$ В режиме короткого замыкания эти отрезки максимальны но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Частота пульсаций равна $3\cdot f\,\!$, где $f\,\!$ — частота сети.

Три разделённых полумоста параллельно (три «с удвоением напряжения» параллельно)

Три полумоста параллельно, объединённые кольцом (треугольником) («треугольник-Ларионов»).

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

В некторой электротехнической литературе иногда не различают схемы «треугольник-Ларионов» и «звезда-Ларионов», которые имеют разные значения среднего выпрямленного напряжения, максимального тока, эквивалентного активного внутреннего сопротивления и др.

В выпрямителе "треугольник-Ларионов" потери в меди больше, чем в выпрямителе "звезда-Ларионов", поэтому на практике чаще применяется схема "звезда-Ларионов".

Кроме этого, выпрямители Ларионова А. Н. часто называют мостовыми, на самом деле они являются полумостовыми параллельными.

В некоторой литературе выпрямители Ларионова и подобные называют «полноволновыми» (англ. full wave), на самом деле полноволновыми являются выпрямитель «три последовательных моста» и подобные.

Площадь под интегральной кривой равна:

$S = 12\cdot \int\limits_{\pi/3}^{\pi/2} E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t) = 6\cdot E_m.$

Средняя ЭДС равна: $Esr=\frac{6\cdot E_m}{2\cdot \pi}=\frac{3\cdot E_m}{\pi},\,\!$ то есть в полтора раза больше, чем в однофазном полномостовом.

В работе схемы «треугольник-Ларионов» есть два периода. Большой период равен 360° ($2\cdot \pi$). Малый период равен 60° (π / 3), и повторяется внутри большого 6 раз. Малый период состоит из двух малых полупериодов по 30° (π / 6), которые зеркальносимметричны и поэтому достаточно разобрать работу схемы на одном малом полупериоде в 30°.

На холостом ходу и в режимах близких к нему ЭДС в ветви с наибольшей на данном отрезке периода обратносмещает (закрывает) диоды с меньшими на данном отрезке периода ЭДС.

В начальный момент ($w\cdot t = 0$) ЭДС в одной из ветвей равна нулю, а ЭДС в двух других ветвях равны 0,86*Em, при этом открыты два верхних диода и один нижний диод. Эквивалентная схема представляет собой две параллельные ветви с одинаковыми ЭДС (0,86) и одинаковыми сопротивлениями по 3*r каждое, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно 3*r/2. Далее, на малом полупериоде, одна из двух ЭДС, равных 0,86, растёт до 1,0, другая уменьшается до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5. Один из двух открытых верхних диодов закрывается, и эквивалентная схема является параллельным включением двух ветвей, в одной из которых большая ЭДС и её сопротивление равно 3*r, в другой ветви образуется последовательное включение двух меньших ЭДС, и её сопротивление равно 2*3*r=6*r, эквивалентное сопротивление обеих ветвей равно

$3\cdot r\cdot 6\cdot r/(3\cdot r+6\cdot r)=18\cdot r^2/(9\cdot r)=2\cdot r.\,\!$

Частота пульсаций равна $6\cdot f\,\!$, где $f\,\!$ — частота сети.

Три полумоста параллельно, объединённые звездой («звезда-Ларионова»)

Три полумоста параллельно, объединённые звездой («звезда-Ларионов»).

Выпрямитель звезда-Ларионов (шестипульсный) применяется в генераторах электроснабжения бортовой сети почти на всех средствах транспорта (автотракторных, водных, подводных, воздушных и др.). В электроприводе дизельэлектровозов и дизельэлектроходов почти вся мощность проходит через выпрямитель звезда-Ларионов.

Площадь под интегральной кривой равна:

$S = 12\cdot (\int\limits_{\pi/3}^{\pi/2} E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t) + \int\limits_{\pi/6}^{\pi/3} E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t)) = 12\cdot (\frac{1}{2}+\frac{\sqrt 3}{2}-\frac{1}{2})\cdot E_m = 6\cdot \sqrt 3\cdot E_m$.

Средняя ЭДС равна: $Esr=\frac{6\cdot \sqrt 3\cdot E_m}{2\cdot \pi}=\frac{3\cdot \sqrt 3\cdot E_m}{\pi},\,\!$ то есть в $\sqrt 3$ раз больше, чем в схеме «треугольник-Ларионов» и вдвое больше, чем в схеме Миткевича.

В этом выпрямителе есть большой период равный 360° и малый период, равный 60°. В большом периоде помещаются 6 малых периодов. Малый период в 60° состоит из двух зеркальносимметричных частей по 30°, поэтому для описания работы этой схемы достаточно разобрать её работу на одной части в 30° малого периода. В начале малого периода ($w\cdot t = 0$) ЭДС в одной из ветвей равна нулю, в двух других — по 0,86*Em. Эти две ветви включены последовательно. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно $6\cdot r.\,\!$ Далее, одна из ЭДС. увеличивается от 0,86 до 1,0, другая уменьшается от 0,86 до 0,5, а третья растёт от 0,0 до 0,5. Эквивалентная схема при этом представляет собой две последовательно включенные ветви, в одной из которых одна ЭДС и её сопротивление равно сопротивлению одной обмотки 3*r, в другой две параллельно включенные ЭДС с сопротивлением 3*r каждая, эквивалентное сопротивление двух параллельных ветвей равно 3*r/2. Эквивалентное активное внутреннее сопротивление всей цепи равно $3\cdot r/2+3\cdot r=9\cdot r/2.\,\!$. В режимах близких 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., при этом изменяется эквивалентная схема. При увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых обе ветви работают на нагрузку параллельно. В режиме короткого замыкания отрезки параллельной работы увеличиваются до длины всего периода, но полезная мощность в этом режиме равна нулю.

Частота пульсаций равна $6\cdot f\,\!$, где $f\,\!$ — частота сети.

Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно (6 диодов)

Файл:M6-Schaltung.JPG

Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича параллельно.

В литературе иногда называют «шестифазный» (см. немецкую страницу в Википедии). Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста параллельно» и имеет почти такие же свойства, как и выпрямитель «три полных моста параллельно», но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больший.

Площадь под интегральной кривой равна:

$S = 12\cdot \int\limits_{\pi/3}^{\pi/2} E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t) = 12\cdot \frac{1}{2}\cdot E_m = 6\cdot E_m$.

Средняя ЭДС равна: $Esr=\frac {6\cdot E_m}{2\cdot \pi}$, то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в $\sqrt 3$ раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

Три двухфазных двухчетвертьмостовых параллельных выпрямителей Миткевича последовательно (6 диодов)

Является почти аналогом выпрямителя «три полных моста последовательно» и имеет почти такие же свойства, но эквивалентное внутреннее активное сопротивление почти вдвое больше, число диодов вдвое меньше, средний ток через один диод почти вдвое больше.

Три полных моста параллельно (12 диодов)

Менее известны полномостовые трёхфазные выпрямители по схеме «три параллельных моста» (на двенадцати диодах), «три последовательных моста» (на двенадцати диодах), и др., которые по многим параметрам превосходят выпрямитель Ларионова А. Н.. По схемам выпрямителей можно видеть, что выпрямитель Миткевича В. Ф. является «недостроенным» выпрямителем Ларионова А. Н., а выпрямитель Ларионова А. Н. является «недостроенным» выпрямителем «три параллельных моста».

Вид ЭДС на входе (точками) и на выходе (сплошной).

Площадь под интегральной кривой равна:

$S = 12\cdot \int\limits_{\pi/3}^{\pi/2} E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t) = 12\cdot \frac{1}{2}\cdot E_m = 6\cdot E_m$.

Средняя ЭДС равна: $Esr=\frac{6\cdot E_m}{2\cdot \pi}=\frac{3\cdot E_m}{\pi},\,\!$ то есть такая же, как и в схеме «треугольник-Ларионов» и в $\sqrt 3$ раз меньше, чем в схеме «звезда-Ларионов».

В режиме холостого хода ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке большого периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в мостах с меньшими на данном отрезке большого периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно сопротивлению одного моста $3\cdot r.\,\!$ При увеличении нагрузки (уменьшении $Rn\,\!$) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых два моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода при этом равно сопротивлению двух параллельных мостов $3\cdot r/2.\,\!$ При дальнейшем увеличении нагрузки появляются и увеличиваются отрезки периода на которых все три моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно сопротивлению трёх параллельных мостов $r.\,\!$ В режиме короткого замыкания все три параллельных моста работают на нагрузку, но полезная мощность в этом режиме равна нулю. Из этого следует, что без учёта разницы величин ЭДС, эквивалентное внутреннее активное сопротивление (и потери в меди) выпрямителя «три параллельных моста» значительно меньше, чем в выпрямителе «звезда-Ларионов». Выпрямитель «три параллельных полных моста» на холостом ходу имеет такую же среднюю ЭДС, как в выпрямителе «треугольник-Ларионов» и такие же сопротивления обмоток, но, так как у него схема с независимыми от соседних фаз диодами, то моменты переключения диодов отличаются от моментов переключения диодов в схеме «треугольник-Ларионов», из-за этого эквивалентное внутреннее активное сопротивление в выпрямителе «три параллельных полных моста» получается меньшим и нагрузочные характеристики этих двух выпрямителей получаются разными. По свойствам этот выпрямитель ближе к источникам тока и может почти во всех устройствах заменить выпрямители «звезда-Ларионов» и «треугольник-Ларионов», (электропривод тепловозов, теплоходов, атомоходов, прокатных станов, буровых вышек, блоки питания мощных электролизёров, мощных радиопередатчиков, мощных радиолокаторов, мощных лазеров, электротранспорта постоянного тока, генераторы бортовой сети автотракторной и др. техники и в других устройствах).

Частота пульсаций равна $6\cdot f\,\!$, где $f\,\!$ — частота сети.

Три полных моста последовательно (12 диодов)

Площадь под интегральной кривой равна:

$S = 12\cdot (\int\limits_0^{\pi/6} E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t) + \int\limits_{\pi/6}^{\pi/3} E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t) + \int\limits_{\pi/3}^{\pi/2} E_m\cdot sin(\omega\cdot t) d(\omega\cdot t)) = 12\cdot (1-\frac{\sqrt 3}{2}+\frac{\sqrt 3}{2}-\frac{1}{2}+\frac{1}{2})\cdot E_m = 12\cdot E_m.$

Средняя ЭДС равна: $Esr=\frac{12\cdot E_m}{2\cdot \pi}=\frac{6\cdot E_m}{\pi},\,\!$ то есть вдвое больше, чем в схеме «треугольник-Ларионов».

Относительное эквивалентное внутреннее активное сопротивление равно сопротивлению трёх последовательно включенных мостов с сопротивлением 3*r каждый, то есть $9\cdot r\,\!$.

Ток в нагрузке равен

Мощность в нагрузке равна

Частота пульсаций равна $6\cdot f\,\!$, где $f\,\!$ — частота сети.

Этот выпрямитель имеет наибольшее эквивалентное внутреннее активное сопротивление и наибольшую среднюю ЭДС, по свойствам ближе к источнику напряжения и может найти применение в высоковольтных источниках напряжения (в установках электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр) и др.).

…

N-фазные выпрямители

(N+1)-фазные выпрямители

…

Как и трёхфазные, многофазные выпрямители могут быть полномостовыми, полумостовыми и четвертьмостовыми, параллельными раздельными, параллельными объединёнными звёздами, параллельными объединёнными кольцами, последовательными, параллельно-последовательными.

Двенадцатипульсовый статический выпрямитель

Представляет собой параллельное (или иногда последовательное) включение двух выпрямителей Ларионова со сдвигом фаз входных трёхфазных токов. При этом вдвое увеличивается число выпрямленных полупериодов по сравнению с обычным выпрямителем Ларионова из-за чего уменьшается относительная амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения и вдвое увеличивается частота пульсаций выпрямленного напряжения, что также облегчает сглаживание выпрямленного напряжения.^[7]

Выпрямители с умножением напряжения

См. также

• Диод
• Кенотрон
• Игнитрон
• Диодный мост
• Ректенна
• Инвертор (преобразователь)

Ссылки

1. ↑ ВЫПРЯМИТЕЛЬ (определения в 3-х словарях)
2. ↑ БСЭ. Выпрямитель тока
3. ↑ [http:// Выборгская преобразовательная подстанция]
4. ↑ Проект уникальной электропередачи постоянного тока Экибастуз-Центр мощностью 6000 МВт, напряжением 1500 кВ для транспорта электроэнергии от Экибастузских ГРЭС в центральные районы страны, на расстояние свыше 2400 км, разработанный в НИИПТ
5. ↑ Герман Шрайбер, «300 схем источников питания», стр.12, рис.7.
6. ↑ М.Кастров, « Двухполупериодные выпрямители с удвоителем тока»
7. ↑ http://www.css-rzd.ru/zdm/02-1999/8073.htm Преобразователь для подпитки сети тягового электроснабжения. Рис.3.

• www.cqham.ru:"Выпрямители переменного напряжения"
• «Схемотехника однофазных корректоров коэффициента мощности»
• «Диодная схемотехника»
• http://e-book.fentu.ru/file.php/27/Shamshin/Gl1.htm «История технических средств коммуникации»
• Выпрямление синусоидальных токов
• http://h2.smtu.ru/Know/AEC/IV.htm 4. Выпрямители
• http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00015/73300.htm БСЭ. Выпрямитель тока
• http://elhelp.h1.ru/shema/vipryam.htm Выпрямители
• http://www.deltel.ru/docs/t6_1_3.html Двухполупериодные выпрямители с удвоителем тока
• http://cxem.net/beginner/beginner31.php Выпрямители. Как и почему?
• http://www.ire.krgtu.ru/subdivision/rc/epures/lec/lec5/ Лекция 5 2.1.6 Работа выпрямителя на ёмкостную нагрузку
• http://www.power-e.ru/2006_01_20.php Виенна-выпрямитель - трёхфазный корректор коэффициента мощности
• http://de.ifmo.ru/bk_netra/page.php?tutindex=36&index=13 Выпрямители (сигналов на ОУ)
• http://fedjukov5.narod.ru/ART_CONTR_RECT/ART_CONTR_RECT.htm Выпрямители с тиристорным регулятором напряжения.
• http://www.marketelectro.ru/upload/File/sprav/sprav14.htm ВЫПРЯМИТЕЛИ.
• http://www.wikiznanie.ru/ru-wz/index.php/Электролитический_выпрямитель
• http://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/007/421.htm Выпрямитель тока
• http://www.omgups.ru/science/ctl_4/03.html Двенадцатипульсовый выпрямитель с преобразовательным трансформатором мощностью 6,3 МВ*А
• http://www.ptlan.com/~nikulin/vyp.html Выпрямитель.
• http://www.elecab.ru/sprav14-1.shtml ВЫПРЯМИТЕЛИ. Общие сведения.
• http://zpostbox.narod.ru/az10.htm Синхронные выпрямители
• http://www.mirradio.info/2008/02/18/osnovnye-skhemy-vyprjamitelejj.html ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
• http://www.licrym.org/samouch/2/54/Part2/Chapter2/2-8.htm Выпрямители