Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 45
Выпрямительные устройства и их характеристики
1. Структурная схема и параметры выпрямителей
ВЫПРЯМИТЕЛЬ - это устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. Структурная схема выпрямителя Трансформатор регулирует напряжение до необходимой величины. Вентильная группа содержит элементы с односторонней проводимостью: выпрямительные диоды в неуправляемых выпрямителях и тринисторы - в управляемых выпрямителях. Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Стабилизатор напряжения поддерживает неизменным напряжение на нагрузочном резисторе Rн
. Существуют однофазные и трехфазные, управляемые и неуправляемые выпрямители. 2. Однофазные выпрямители. Схемы, принцип действия, параметры и характеристики
Для выпрямления однофазного переменного напряжения применяют три схемы: 1) однополупериодная; 2) двухполупериодная мостовая; 3) двухполупериодная трансформаторная (с выводом средней точки). Однополупериодная схема - в которой ток проходит через вентиль только в течение одного полупериода переменного напряжения источника. Двухполупериодные схемы - в которых ток проходит через вентильную группу в течение двух полупериодов переменного напряжения источника. Рассмотрим соотношения параметров в выпрямителях при следующих допущениях: 1) Индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора и активное сопротивление его обмоток равны нулю; 2) Сопротивление вентиля в прямом направлении равно нулю, а в обратном равно бесконечности. Однополупериодный однофазный выпрямитель Временные диаграммы напряжений и токов: Определим постоянную составляющую выпрямленного тока: Так как Но так как или Постоянная составляющая напряжения, выраженная через максимальное значение: Постоянная составляющая напряжения, выраженная через действующее значение: Таким образом, в данной схеме максимальное напряжение на диоде т.е. напряжение на диоде в три раза больше, чем на нагрузке. Среднее значение тока диода в этой схеме Величину пульсаций выпрямленного напряжения характеризуют коэффициентом пульсаций где U1m
– амплитуда переменной составляющей напряжения, изменяющегося с частотой повторения импульсов, т.е. амплитуда первой гармоники. Для однополупериодной схемы Недостатки схемы: 1) большое значение коэффициента пульсаций 2) напряжение на нагрузке почти в 3 раза меньше, чем на диоде; 3) постоянная составляющая выпрямленного тока I0
в 2 раза больше, чем в однополупериодной схеме. Поэтому: Частота выпрямленного тока в 2 раза больше, чем у сети. Двухполупериодная схема с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора Это фактически сочетание двух однополупериодных выпрямителей, включенных на нагрузочный резистор Rн
в различные фазы. Соотношения параметров в данной схеме такие же, как и в мостовой схеме. Преимущества двухполупериодных выпрямителей по сравнению с однополупериодным: Среднее значение выпрямленных тока и напряжения в 2 раза больше, а пульсации меньше. Но двухполупериодные выпрямители имеют более сложную конструкцию и стоимость. Сравнение двухполупериодных схем: 1) Мостовая схема конструктивно проще, ее габариты, масса и стоимость ниже, чем трансформаторной схемы. 2) Максимальное обратное напряжение на закрытых диодах в мостовой схеме в 2 раза меньше (на каждый из двух диодов приходится половина напряжения). 3) Но в мостовой схеме необходимо в 2 раза больше диодов. При выпрямлении токов I >Iпрmax
для одного диода параллельно включают однотипные диоды с добавочными сопротивлениями: Величины токов определяются их сопротивлениями в прямом направлении. Но сопротивления диодов в прямых направлениях Rдпр
даже для однотипных диодов различны. Для выравнивания токов диодов последовательно включают добавочные сопротивления. Причем Rд
в 5…10 раз больше Rдпр
. При выпрямлении напряжения, превышающего максимально допустимое для диода Uобр.max
, используют последовательное соединение диодов, шунтированных резисторами. При этом обратное напряжение на диодах распределяется в соответствии с их обратными сопротивлениями Rд.обр
. Для выравнивания обратных напряжений параллельно диодам включают шунтирующие резисторы Rш
, величина которых равна: Rш
=(0,1…0,2) Rд.обр
. 3. Сглаживающие фильтры
Схемы, принцип действия, параметры и характеристики Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры (СФ). Снижение пульсаций оценивается коэффициентом сглаживания где Kп
и Kп
’
– коэффициенты пульсаций до и после фильтра. Основными требованиями к сглаживающим фильтрам является максимальное уменьшение высокочастотных составляющих токов в сопротивлении нагрузки. У индуктивного элемента где k – номер гармоники. Поэтому индуктивность устанавливают последовательно, а емкость – параллельно нагрузке. Емкостной фильтр Конденсатор заряжается до напряжения U2
, когда U2
> Uс
(интервал t1
– t2
). В течение интервала времени (t2
– t3
) напряжение Uс
> U2
– диод закрыт, а конденсатор разряжается через резистор Rн
с постоянной времени С момента времени t3
Uс
< U2
– конденсатор заряжается и т.д. То есть, когда диод пропускает ток конденсатор заряжается, а когда к диоду приложено обратное напряжение – конденсатор разряжается на нагрузку Rн
. В течение положительного полупериода напряжения u2
, когда ток i нарастает, индуктивная катушка Lф
запасает энергию, а в отрицательный полупериод – энергия расходуется на поддержание тока. Длительность импульсов тока iн
определяется постоянной времени Обычно индуктивность Lф
в однополупериодных схемах не применяют, а используют в двухполупериодных: Разновидности сглаживающих фильтров: LC- RC-фильтры; Г-, П-, Т- образные фильтры. 4. Внешние характеристики выпрямителей
Сопротивление нагрузки Rн
при работе изменяется, что вызывает изменение нагрузочного тока Iн
. Трансформаторы и вентили (диоды) имеют определенные величины активных сопротивлений Rтр
и Rпр
. На этих сопротивлениях происходит падение напряжения от тока Iн
, приводящее к изменению напряжения на нагрузке Uн
. Внешняя характеристика выпрямителя Uн
(Iн
). где Uхх
– выпрямленное напряжение при Iн
=0; Внешняя характеристика определяет границы изменения нагрузочного тока, при котором выпрямленное напряжение не снижается ниже допустимой величины. 1 – выпрямитель без фильтра (характеристика нелинейна из-за Rпр
); 2 – Выпрямитель с емкостным фильтром; В режиме ХХ (Iн
=0) выпрямленное напряжение равно амплитудному значению Umхх
, а без фильтра – среднему значению. Для однополупериодного выпрямителя Для двухполупериодного - При росте тока нагрузки кривая 2 падает более резко, поскольку падение происходит также за счет более быстрого разряда конденсатора на меньшее сопротивление, что снижает напряжение на нагрузке. 3 – Выпрямитель с Г-образным RC-фильтром. Дополнительное снижение напряжения вызвано падением напряжения на последовательно включенном резисторе Rф
.
|