Электрический выпрямитель — это специальное устройство, предназначенное для преобразования переменного электрического тока в постоянный. Этот процесс, известный как выпрямление, является фундаментальным для работы множества электронных приборов и систем, питающихся от постоянного напряжения.
История развития выпрямителей в России
Исследования в области выпрямления тока в России начались в начале XX века. Пионерами стали В. Ф. Миткевич, изучавший двухполупериодные схемы, и А. П. Гершун, анализировавший влияние активного сопротивления и индуктивности. Значительный вклад внесли Н. Д. Папалекси (1912 г.), исследовавший роль индуктивности, и А. А. Чернышев (1918 г.), применивший эти знания к изучению оксидных катодов.
Практический прорыв произошел в 1926 году, когда В. П. Вологдин в Нижнем Новгороде создал первую советскую конструкцию ртутного выпрямителя, позднее усовершенствованную В. К. Крапивиным. Этот период также отмечен изобретением газотронов и тиратронов Ю. Д. Волдырем, а также разработкой трехфазной мостовой схемы А. Н. Ларионовым. Теоретические и практические исследования таких ученых, как А. Ф. Иоффе, Б. Давыдов и Д. Блохинцев, заложили основу для современных систем, которые продолжают развиваться и сегодня.
Основные схемы выпрямления тока
Существует несколько ключевых схем, различающихся по сложности и характеристикам выходного тока.
1. Однополупериодная схема. Самая простая конструкция, включающая трансформатор и один вентиль (например, диод). Трансформатор адаптирует сетевое напряжение, а вентиль пропускает ток только в течение одного полупериода, что приводит к прерывистому выходному току с большими пульсациями.
2. Двухполупериодная схема. Улучшенная версия, которая использует два вентиля (или мостовую схему с четырьмя) для выпрямления обоих полупериодов входного напряжения. Результат — более сглаженный, почти непрерывный постоянный ток с меньшими пульсациями по сравнению с однополупериодной схемой.
3. Схема с нулевым выводом (двухфазная). Использует трансформатор со средней точкой и два вентиля. В каждый момент времени ток протекает только через один вентиль, попеременно, что обеспечивает двухполупериодное выпрямление.
4. Однофазная мостовая схема (Гретца). Классическая и широко распространенная схема, состоящая из четырех вентилей, соединенных в виде моста. Она не требует трансформатора со средней точкой и эффективно выпрямляет оба полупериода, обеспечивая хорошее использование мощности трансформатора.
5. Трехфазная схема с нулевым выводом. Применяется в трехфазных сетях. Использует три вентиля, каждый из которых проводит ток в течение трети периода, что значительно снижает пульсации выходного напряжения по сравнению с однофазными схемами.
6. Трехфазная мостовая схема (Ларионова). Наиболее эффективная схема для трехфазных сетей. Состоит из шести вентилей, объединенных в две группы. Вентили включаются попеременно, обеспечивая шестипульсное выпрямление с очень низким уровнем пульсаций.
7. Многофазные схемы (шести- и двенадцатифазные). Являются развитием трехфазных схем за счет увеличения числа фаз вторичной обмотки трансформатора (например, с использованием специальных соединений обмоток). Они позволяют добиться еще более высокого качества выпрямленного тока, практически сглаживая пульсации, что критически важно для мощных и чувствительных нагрузок.
Специальные типы выпрямителей
8. Ртутные (игнитронные) выпрямители. Исторически важный тип мощных выпрямителей. Имеют стеклянный или металлический корпус, заполненный парами ртути. Конструкция включает катод из жидкой ртути, графитовые или железные аноды и систему зажигания. Многоанодные версии имеют общий катод и различаются по способу поддержания разряда (с непрерывной вспомогательной дугой или с периодическим зажиганием).
9. Ионные выпрямители высокого давления. В этих устройствах дуговой разряд между электродами происходит в среде инертного газа под высоким давлением. Зажигание дуги также происходит периодически. Такие выпрямители использовались для высоковольтных применений.