Вентили
Вентили – это устройства в электротехнике, у которых сопротивление зависит от направления протекающего через них электрического тока.
Вентиль может быть представлен в виде ключа, замыкаемого при одной полярности приложенного к нему напряжения и размыкаемого при другой. У идеального вентиля проводимость при одном направлении тока равна нулю, а другого бесконечна. На практике у приборов, которые используются в качестве вентилей, сопротивление может быть не только конечным, но и зависеть от величины напряжения на них и протекающего через них тока.
Вентили делятся на:
- Управляемые, которые отличаются тем, что процессом их открытия и закрытия управляет напряжение, приложенное к их входам и выходам, и сигнал, который подается на дополнительный управляющий вход. Примером управляемого вентиля является тиристор.
- Неуправляемые. Примером неуправляемого вентиля является выпрямительный диод.
По принципу действия вентили делятся на:
- Электронные, которые подразделяются на полупроводниковые и вакуумные.
- Ионные, которые подразделяются на электролитические, газотроны, игнитроны.
Газотрон – это ионный двухэлектродный (газоразрядный) прибор, предназначенный для выпрямления электрического тока, в котором применяется самостоятельный тлеющий или несамостоятельный дуговой разряд.
Электрический ток в цепях с вентилями. Расчет электрической цепи с вентилем
Вентили являются нелинейными элементами, обладающими небольшим активным сопротивлением в прямом направлении и малой активной проводимостью в обратном направлении. Такая особенностей вентилей обуславливает широкое применение их в качестве выпрямительных устройств. Полупроводниковые вентили в основном используются с целью преобразования электроэнергии в устройствах небольшой мощности, например, в радиоприемных устройствах. Ионные вентили применяются в мощных энергетических установках, электрических приводах, линиях электропередач постоянного электрического тока и т.п.
Вентиль является идеальным, если его сопротивление в одном направлении равно нулю, а в другом бесконечно большое. Пример вольт-амперной характеристики такого вентиля представлена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Вольт-амперная характеристика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Если сопротивлением вентиля в прямом направлении пренебречь невозможно, но можно пренебречь обратным током, то схема замещения и вольт-амперная характеристика будут иметь следующий вид.
Рисунок 2. Вольт-амперная характеристика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рассмотрим характеристику реального вентиля, представленную на рисунке ниже.
Рисунок 3. Характеристика реального вентиля. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Данная характеристика указывает, что сопротивление реального вентиля в прямом направлении мало, а в обратном велико, но при этом в обоих случаях оно является конечной величиной. Если включить данный вентиль последовательно с сопротивлением, то получится схема однополупериодного выпрямителя, схема и характеристика которого представлена на рисунке ниже.
Рисунок 4. Схема и характеристика однополупериодного выпрямителя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Допустим, что к цепи приложено синусоидальное напряжение, а обратным током можно пренебречь, то получится, что ток в первую половину периода будет изменяться по синусоидальному закону:
$i = u / (R+Rв) = (Umsinwt) / (R+Rв) = Imsinwt$
В течении второй половины периода, когда напряжение меньше 0, тока в цепи нет, потому что сопротивление отсутствует.
$i = u/ (RобрК) = 0$
Таким образом, в электрической цепи проходит только одна полуволна синусоидального тока. Недостаток однополупериодного выпрямителя заключается в значительной пульсации электрического тока - большая переменная составляющая тока или гармоника, а также незначительная величина среднего значения тока. Таким образом в цепи на сопротивлении создается несинусоидальное напряжение и несинусоидальный ток. Чтобы снизить пульсацию тока используется низкочастотный фильтр. Еще один способ заключается в использовании мостовой схемы (которая представлена на рисунке ниже) из четырех вентилей, он называется двухполупериодное выпрямление электрического тока.
Рисунок 5. Мостовая схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В данном случае к мосту подведено синусоидальное напряжение. В положительный полупериод напряжения электрический ток проходит через вентиль 1, а сопротивление R и вентиль 2 в отрицательный полупериод напряжения ток проходит через вентиль 3, сопротивление R и вентиль 4. Получается, что ток через сопротивление R изменяется по величине, но при этом не изменяется по направлению, то есть пульсирующий ток, который состоит из постоянной составляющей и четных гармоник.
Рассмотрим электрическую цепь с двумя вентилями, представленную на рисунке ниже.
Рисунок 6. Цепь. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рисунок 7. Характеристика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Допустим, что необходимо определить вольт-амперную характеристику, эквивалентной цепи с вентилем на рисунке ниже.
Рисунок 8. Эквивалентная цепь. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Согласно второму закону Кирхгофа
$U = Uнэ1+Uнэ2$
Чтобы построить вольт-амперную характеристику вентиля необходимо произвольно взять значения токов и рассчитать для них значение u1 первого элемента и U2 второго вентиля. Затем, используя второй закон Кирхгофа, определяется напряжение результирующего элемента для данных значений тока. В результате этого получаются координаты различных точек характеристики.
