Выпрямители электрического тока доклад

Обновлено: 17.05.2024

Выпрямитель электрического тока — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

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

Выпрямители классифицируют по следующим признакам:

- по виду переключателя выпрямляемого тока:

· механические синхронные с щёточно-коллекторным 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);

· 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, бестрансформаторные 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 количеству каналов — одноканальные, многоканальные.

- по величине выпрямленного напряжения — низковольтные (до 100В), средневольтовые (от 100 до 1000В), высоковольтные (свыше 1000В).

- по назначению — сварочный, для питания микроэлектронной схемы, для питания ламповых анодных цепей, для гальваники и пр.

- по степени полноты мостов — полномостовые, полумостовые, четвертьмостовые.

- по наличию устройств стабилизации — стабилизированные, нестабилизированные.

- по управлению выходными параметрами — регулируемые, нерегулируемые.

- по индикации выходных параметров — без индикации, с индикацией (аналоговой, цифровой).

- по способу соединения — параллельные, последовательные, параллельно-последовательные.

- по способу объединения — раздельные, объединённые звёздами, объединённые кольцами.

- по частоте выпрямляемого тока — низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.

1.Назначение и применение

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

- Блоки питания аппаратуры

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

· Блоки питания бортовой радиоэлектронной аппаратуры транспортных средств.

- Выпрямители электросиловых установок

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

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

Сюда относятся выпрямительные установки для:

· электролиза (производство алюминия, хлора, едкого натра и др.)

· питания приводов прокатных станов

· возбуждения генераторов электростанций

- 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

· Для дальней передачи электроэнергии постоянным током

- Выпрямители высокочастотных колебаний

В составе ректенн:

· в перспективных системах сбора энергии окружающих шумовых электромагнитных сигналов.

· в перспективных системах беспроводной передачи электроэнергии.

· Номинальное выходное напряжение постоянного тока и допустимый диапазон его изменения;

· Номинальный ток нагрузки;

· Диапазон эффективного входного напряжения переменного тока (например 220 В ± 10%);

· Допустимая выходная пульсация, её амплитудно-частотные характеристики;

· Эквивалентное внутреннее комплексное (в первом приближении активное) сопротивление.

· Коэффициент использования габаритной мощности трансформатора.

3. Высокочастотные выпрямители

Классическим решением проблемы улучшения гармонического состава потребляемого тока может служить применение входных фильтров. Однако, так как частота питающей сети достаточно мала, массогабаритные показатели фильтров будут большими. Для их снижения необходимо увеличить рабочую частоту, для чего в схему вводят силовой ключ (S), управляемый по определенному закону (рис. 1). В результате дроссель фильтра может выполнять две функции: фильтровать выходное напряжение и обеспечивать необходимую форму потребляемого тока. Когда ключ закрыт, энергия передается в нагрузку, и при этом дроссель выполняет функцию фильтра. Когда же ключ открыт, сеть работает на дроссель. Поскольку время открытого состояния достаточно мало, ток через дроссель изменяется незначительно. Если при этом обеспечить определенный закон управления ключом, то ток через дроссель можно максимально приблизить к форме сетевого напряжения. Такой выпрямитель является повышающим. Силовой ключ должен быть двунаправленным.


Рис. 1 Выпрямитель с ККМ с входным дросселем

Наиболее широкое применение нашли схемы выпрямителя в сочетании с DC/DC-преобразователем, где преобразователь работает как корректор мощности. При этом наибольшее распространение получил повышающий преобразователь. Схема такого выпрямителя с обычным однонаправленным ключом приведена на рис.2. Принцип его работы аналогичен действию выпрямителя, показанного на рис. 1.


Рис. 2 Выпрямитель с DC/DC преобразователем

Вывод основных соотношений для режима непрерывного тока в дросселе. Форма тока идеального выпрямителя должна быть такой же, как у входного напряжения. Следовательно, необходимо, чтобы в любой момент времени потребляемый ток соответствовал выражению:


(1)

где Rе - эквивалентное сопротивление выпрямителя. Мощность, которая передается нагрузке, т.е. мощность, "выделяемая" на Re, равна


где - среднее значение.

Эта мощность регулируется путем изменения Re. Идеальный выпрямитель не должен содержать внутренних источников потерь и аккумуляторов энергии. Таким образом, мгновенная мощность определяется как


(2)

Для идеального выпрямителя


где Uo, I0 - соответственно выходное напряжение и ток нагрузки. Если нагрузка имеет резистивный характер, то


(3)

Любой преобразователь принято характеризовать коэффициентом передачи М, который зависит от коэффициента заполнения импульсов. Для выпрямителя с ККМ в качестве коэффициента передачи берется коэффициент передачи DC/DC-преобразователя. Таким образом, если входное напряжение составляет uвх(t)=Uвх sin(ωt), а напряжение после мостового выпрямителя –


(4)

Из этого выражения следует, чтобы избежать искажений потребляемого тока около пересечения входным напряжением нуля, необходимо, чтобы коэффициент M(t) мог достигать значения бесконечности.

Для повышающего преобразователя в составе выпрямителя с ККМ, работающего в режиме непрерывного тока дросселя, имеет место соотношение:


(5)

где d(t) - коэффициент заполнения импульсов для силового ключа.


(6)

Пульсации тока дросселя (потребляемого тока) в течение периода коммутации силового ключа (Ts) составляют


(7)

Среднее значение относительно Ts тока дросселя равно


(8)

В любой момент времени должно выполняться условие режима непрерывного тока в дросселе:


(9)

Используя выражения (7) и (8), получим: d(t) 2 вх rms /pn (t), а pn (t)-изменяющаяся мощность нагрузки.


Рис. 6 Схема реализации алгоритма управления высокочастотным выпрямителем с ККМ с обратной связью


Рис. 7 Функциональная схема выпрямителя с двумя контурами обратной связи

Алгоритм управления с умножителем и интегратором

В большинстве случаев требуется стабилизация выходного напряжения. Она необходима для выпрямителя как в составе системы распределённого питания, так и отдельного устройства. Для обеспечения стабилизации вводится второй контур обратной связи по выходному напряжению. Тогда в качестве сигнала Ucon выступает сигнал с усилителя ошибки по выходному напряжению. Функциональная схема выпрямителя с двумя контурами обратной связи показана на рис.7.

При данном алгоритме управления используется умножитель напряжения, что усложняет систему управления. Однако возможна и более простая реализация двухконтурной системы управления. Она основана на следующих соотношениях. Допустим, выпрямитель работает в режиме непрерывного тока, тогда, согласно (6),


где iвх - потребляемый ток.



Если использовать датчик тока с сопротивлением Rs, то:


Для малых приращений можно заменить Uo на Ue - сигнал с усилителя ошибки:


(22)

Такой алгоритм может быть легко реализован с помощью цифровых или аналоговых средств. Правая часть выражения получается с датчика тока, который может быть как резистивного типа, так и токовым трансформатором. Левая часть выражения получается путем интегрирования сигнала с усилителя ошибки по периоду коммутации для получения пилообразного напряжения Ue·t/Ts.

Другое достоинство данного алгоритма - отсутствие зависимости от входного напряжения. Схема реализации данного алгоритма управления приведена на рис.8.


Рис. 8 Схема реализации алгоритма управления с умножителем и интегратором

Анализ возможных вариантов однофазных корректоров коэффициента мощности показал, что наиболее предпочтительны два варианта цепи обратной связи: с умножением и интегрированием. Вариант управления с умножением обеспечивает простую реализацию двухконтурной системы управления и может быть создан на основе цифровых или аналоговых средств. Вариант управления с интегрированием допускает простую реализацию одноконтурной системы управления.

4. Пример высокочастотного выпрямителя 07/06/2004. Высоковольтные высокочастотные мостовые выпрямители из карбидокремниевых диодов Шоттки FBS10-06SC и FBS16-06SC фирмы IXYS.

Проблема обратного восстановления диодов высоковольтных выпрямителей является очень актуальной, особенно при двуполупериодном выпрямлении сигналов с прямоугольной формой токов и напряжений. Ярким примером являются мостовые выпрямители, работающие на индуктивную нагрузку с непрерывным током - в них на время обратного восстановления при быстрой смене полярности напряжения все четыре диода оказываются в проводящем состоянии, что приводит к большим потерям, как в самих диодах, так и в трансформаторе. Практически кардинально решить проблемы обратного восстановления позволяет использование диодов Шотти на основе карбида кремния (SiC). В отличие от pn диодов, выключение pin диодов Шоттки не сопровождается процессом рассасывания заряда в n-области и ток обратного восстановления отсутствует. Существует лишь незначительный ток заряда емкости перехода. Карбид-кремниевые диоды, входящие в состав мостовых выпрямителей FBS10-06SC и FBS16-06SC, обладают уникально малыми емкостями обратно смещённых переходов, что делает их применимыми для выпрямления сигналов с частотой до единиц мегагерц даже в жестком режиме коммутации. Замена UltraFast выпрямительных диодов на аналогичные по току и напряжению карбид-кремниевые диоды Шотти позволяет снизить динамические потери в выпрямителе до 70%.

Мостовые выпрямители упакованы в высокоэффективные корпуса с изолированным теплопроводящим основанием ISOPLUS i4-PAC и малым тепловым сопротивлением.

Электрические характеристики приборов приведены в таблице.

Наименование Корпус Uобр макс, В Iпр, А Uпр, В Собр, пФ
FBS10-06SC ISOPLUS i4 600 6,6(90°C) 1,7 9
FBS16-06SC ISOPLUS i4 600 11(90°C) 1,5 21


На рисунке показана принципиальная схема выпрямителей и внешний вид корпуса.

Выпрямитель электрического тока — преобразователь электрической энергии; 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).

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, бестрансформаторные 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 количеству каналов — одноканальные, многоканальные.
        • по величине выпрямленного напряжения — низковольтные (до 100В), средневольтовые (от 100 до 1000В), высоковольтные (свыше 1000В).
        • по назначению — сварочный, для питания микроэлектронной схемы, для питания ламповых анодных цепей, для гальваники и пр.
        • по степени полноты мостов — полномостовые, полумостовые, четвертьмостовые.
        • по наличию устройств стабилизации — стабилизированные, нестабилизированные.
        • по управлению выходными параметрами — регулируемые, нерегулируемые.
        • по индикации выходных параметров — без индикации, с индикацией (аналоговой, цифровой).
        • по способу соединения — параллельные, последовательные, параллельно-последовательные.
        • по способу объединения — раздельные, объединённые звёздами, объединённые кольцами.
        • по частоте выпрямляемого тока — низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.

        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 транспортных 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, 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 высокочастотных колебаний

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

        Детектирование высокочастотного сигнала

        В простейшем случае детектор амплитудно-модулированного сигнала устроен аналогично выпрямителю. Принцип работы основан на предположении, что частота несущей значительно выше частоты модулирующего сигнала, а коэффициент модуляции меньше единицы. В этом случае сигнал на входе устройства выпрямляется и фильтруется с помощью ФНЧ с частотой среза болшей, чем максимальная частота модулирующего 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 220 В ± 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

        Соответственно, 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.

        Вентиль в электротехнике — это общее название для устройств, сопротивление которых зависит от направления протекающего через них тока (или полярности приложенного к нему напряжения)[1]. Можно представить вентиль, как ключ, который замыкается при одной полярности приложенного к нему напряжения, и размыкается при другой. У идеального вентиля проводимость при одном направлении тока бесконечна, в другом направлении — равна нулю. В реальности сопротивление приборов, используемых в качестве вентилей может быть не только конечным, но и может зависеть от величины напряжения на них и проходящего через них тока.

        Вентили могут быть управляемые и неуправляемые. Управляемый вентиль отличается тем, что открытием/закрытием его управляет не только приложенное к основным выходам напряжение, но и сигнал, подаваемый на дополнительный управляющий вход. Примером неуправляемого вентиля является выпрямительный диод, а управляемого — Тиристор.

        По принципу действия вентили можно разделить на электронные и ионные (газотроны, игнитроны, электролитические). Электронные в свою очередь бывают вакуумными и полупроводниковыми.

        Преобразование переменного тока в пульсирующий. Выпрямитель электрического тока. Процесс уменьшения пульсаций. Блоки преобразовательных подстанций систем энергоснабжения. Основные характеристики выпрямителей. Гармонический состав потребляемого тока.

        Рубрика Физика и энергетика
        Вид реферат
        Язык русский
        Дата добавления 30.08.2011
        Размер файла 361,2 K

        Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

        Министерство образования и науки Российской Федерации

        Дальневосточный федеральный университет

        Выполнил: Студент группы К-9421

        1. Выпрямители. Назначение и применение

        Выпрямитель электрического тока -- преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

        Преобразование переменного тока в пульсирующий называется выпрямлением.

        Процесс уменьшения пульсаций называется сглаживанием пульсаций и осуществляется сглаживающими фильтрами. Выпрямителем часто называют весь комплекс, в который входят как собственно выпрямитель, так и сглаживающий фильтр.

        Необходимыми частями выпрямителей являются электрические вентили - приборы, хорошо пропускающие ток в одном направлении и не пропускающие его (или плохо пропускающие) - в другом.

        В настоящее время используются полупроводниковые выпрямители, где в качестве вентилей применены германиевые или кремниевые диоды.

        Выпрямители классифицируют по следующим признакам:

        v по виду переключателя выпрямляемого тока:

        · механические синхронные с щёточно-коллекторным 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);

        · силовые выпрямители (в силовой электронике, в энергетике)

        · выпрямители сигналов (в радиоэлектронике и автоматике)

        v 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.

        v по схеме выпрямления -- мостовые, с умножением напряжения, трансформаторные, с гальванической развязкой, бестрансформаторные и т. д.

        v по количеству используемых фаз -- однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные

        v по типу электронного вентиля -- полупроводниковые диодные, полупроводниковые тиристорные, ламповые диодные (кенотронные), газотронные, игнитронные, электрохимические и т. д.

        v по управляемости -- неуправляемые (диодные), управляемые (тиристорные).

        v по количеству каналов -- одноканальные, многоканальные.

        v по величине выпрямленного напряжения -- низковольтные (до 100В), средневольтовые (от 100 до 1000В), высоковольтные (свыше 1000В).

        v по назначению -- сварочный, для питания микроэлектронной схемы, для питания ламповых анодных цепей, для гальваники и пр.

        v по степени полноты мостов -- полномостовые, полумостовые, четвертьмостовые.

        v по наличию устройств стабилизации -- стабилизированные, нестабилизированные.

        v по управлению выходными параметрами -- регулируемые, нерегулируемые.

        v по индикации выходных параметров -- без индикации, с индикацией (аналоговой, цифровой).

        v по способу соединения -- параллельные, последовательные, параллельно-последовательные.

        v по способу объединения -- раздельные, объединённые звёздами, объединённые кольцами.

        v по частоте выпрямляемого тока -- низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.

        2. Назначение и применение

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

        v Блоки питания аппаратуры

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

        · Блоки питания бортовой радиоэлектронной аппаратуры транспортных средств.

        v Выпрямители электросиловых установок

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

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

        v Сварочные аппараты

        Сюда относятся выпрямительные установки для:

        · электролиза (производство алюминия, хлора, едкого натра и др.)

        · питания приводов прокатных станов

        · возбуждения генераторов электростанций

        v 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

        · Для дальней передачи электроэнергии постоянным током

        v Выпрямители высокочастотных колебаний

        В составе ректенн:

        · в перспективных системах сбора энергии окружающих шумовых электромагнитных сигналов.

        · в перспективных системах беспроводной передачи электроэнергии.

        · Номинальное выходное напряжение постоянного тока и допустимый диапазон его изменения;

        · Номинальный ток нагрузки;

        · Диапазон эффективного входного напряжения переменного тока (например 220 В ± 10%);

        · Допустимая выходная пульсация, её амплитудно-частотные характеристики;

        · Эквивалентное внутреннее комплексное (в первом приближении активное) сопротивление.

        · Коэффициент использования габаритной мощности трансформатора.

        преобразование ток электрический выпрямитель

        4. Высокочастотные выпрямители

        Классическим решением проблемы улучшения гармонического состава потребляемого тока может служить применение входных фильтров. Однако, так как частота питающей сети достаточно мала, массогабаритные показатели фильтров будут большими. Для их снижения необходимо увеличить рабочую частоту, для чего в схему вводят силовой ключ (S), управляемый по определенному закону (рис. 1). В результате дроссель фильтра может выполнять две функции: фильтровать выходное напряжение и обеспечивать необходимую форму потребляемого тока. Когда ключ закрыт, энергия передается в нагрузку, и при этом дроссель выполняет функцию фильтра. Когда же ключ открыт, сеть работает на дроссель. Поскольку время открытого состояния достаточно мало, ток через дроссель изменяется незначительно. Если при этом обеспечить определенный закон управления ключом, то ток через дроссель можно максимально приблизить к форме сетевого напряжения. Такой выпрямитель является повышающим. Силовой ключ должен быть двунаправленным.

        Рис. 1 Выпрямитель с ККМ с входным дросселем

        Наиболее широкое применение нашли схемы выпрямителя в сочетании с DC/DC-преобразователем, где преобразователь работает как корректор мощности. При этом наибольшее распространение получил повышающий преобразователь. Схема такого выпрямителя с обычным однонаправленным ключом приведена на рис.2. Принцип его работы аналогичен действию выпрямителя, показанного на рис. 1.

        Рис. 2 Выпрямитель с DC/DC преобразователем

        Вывод основных соотношений для режима непрерывного тока в дросселе. Форма тока идеального выпрямителя должна быть такой же, как у входного напряжения. Следовательно, необходимо, чтобы в любой момент времени потребляемый ток соответствовал выражению:

        где Rе - эквивалентное сопротивление выпрямителя. Мощность, которая передается нагрузке, т.е. мощность, "выделяемая" на Re, равна

        где - среднее значение.

        Эта мощность регулируется путем изменения Re. Идеальный выпрямитель не должен содержать внутренних источников потерь и аккумуляторов энергии. Таким образом, мгновенная мощность определяется как

        Для идеального выпрямителя

        где Uo, I0 - соответственно выходное напряжение и ток нагрузки. Если нагрузка имеет резистивный характер, то

        Любой преобразователь принято характеризовать коэффициентом передачи М, который зависит от коэффициента заполнения импульсов. Для выпрямителя с ККМ в качестве коэффициента передачи берется коэффициент передачи DC/DC-преобразователя. Таким образом, если входное напряжение составляет uвх(t)=Uвхsin(щt), а напряжение после мостового выпрямителя -

        Из этого выражения следует, чтобы избежать искажений потребляемого тока около пересечения входным напряжением нуля, необходимо, чтобы коэффициент M(t) мог достигать значения бесконечности.

        Для повышающего преобразователя в составе выпрямителя с ККМ, работающего в режиме непрерывного тока дросселя, имеет место соотношение:

        где d(t) - коэффициент заполнения импульсов для силового ключа.

        Пульсации тока дросселя (потребляемого тока) в течение периода коммутации силового ключа (Ts) составляют

        Среднее значение относительно Ts тока дросселя равно

        В любой момент времени должно выполняться условие режима непрерывного тока в дросселе:

        Выпрямители это электротехнические устройства, которые служат для получения из переменного напряжения, постоянного. Главными компонентами выпрямителей являются вентили и трансформатор. Они создают условия протекания тока в нагрузочной цепи в одну сторону, то есть, выпрямляют его. Из переменного напряжения образуется постоянное с наличием пульсаций.

        Устройство и структура выпрямителя

        Чтобы сгладить полученные импульсы выпрямленного напряжения, после выхода выпрямителя подключают выравнивающий фильтр, состоящий из емкостей, дросселей и сопротивлений. Для выравнивания и регулировки полученного тока и напряжения к выходу сглаживающего фильтра подключают схему стабилизатора. Такие устройства часто подключают и на входе устройства на переменный ток.

        Режимы функционирования и свойства отдельных компонентов выпрямителя, стабилизатора, регулятора и фильтра согласовывают с определенными условиями эксплуатации нагрузки потребителя. Поэтому главной задачей при проектировании устройств выпрямления является расчет соотношений, дающих возможность определить по режиму эксплуатации потребителя электрические свойства и параметры компонентов стабилизатора и других частей. Далее необходимо рассчитать эти элементы и выбрать по каталогу в торговой сети.

        Рис. 1

        Выпрямители в общем виде можно изобразить структурной схемой (Рис. 2), в которую входит:

        1 — Силовой трансформатор.
        2 — Диодный мост, состоящий из диодов.
        3 — Устройство фильтрования.
        4 — Нагрузочная цепь со стабилизатором.

        Рис. 2

        Силовой трансформатор

        Это устройство предназначено для согласования напряжений на входе и выходе выпрямительного устройства (Рис. 1 — а). Другими словами, трансформатор осуществляет разделение сети нагрузки и сети питания. Существуют всевозможные варианты схем соединения обмоток этого трансформатора, выбор которых зависит от типа схемы выпрямления устройством. На величину выходного напряжения трансформатора U2 влияет величина напряжения на выходе выпрямительного моста Uн.

        Трансформатор способен выполнить гальваническую развязку частоты f1 с сетью питания U1, I1, и нагрузочную цепь с Uн, Iн одновременно. В настоящее время появилась возможность проектировать и производить инверторы высокого напряжения, функционирующие на повышенной частоте и выпрямляющие напряжение. Для этого применяются схемы бестрансформаторного выпрямления, в которых блок вентилей подключается сразу к первичной сети питания.

        Диодный мост

        Этот блок выполняет основную функцию в устройстве выпрямителя, преобразуя переменный ток в постоянный (Рис. 1 — б). В блоке применяются чаще всего элементы в виде диодов.

        На выходе блока вентилей снимается постоянное напряжение, имеющее повышенный уровень импульсов, который зависит от числа фаз сети питания и схемой выпрямителя.

        Устройство фильтрования

        Фильтрующая часть выпрямителя обеспечивает необходимый уровень пульсаций напряжения на выходе выпрямителя в соответствии с предъявляемыми требованиями нагрузки (Рис. 1 — в). В схеме фильтрующего устройства применяются сглаживающий дроссель или сопротивление, подключенные последовательно, и конденсаторы, подключенные параллельно выходу питания.

        Однако чаще всего фильтры выполняют по схемам несколько сложнее. В маломощных выпрямителях нет необходимости в применении дросселя и резистора. В схемах выпрямителей для трехфазной сети величина импульсов меньше, тем самым становятся легче условия функционирования фильтра.

        Стабилизатор напряжения

        Устройство стабилизации напряжения предназначено для снижения внешнего влияния на выходное напряжение. Воздействиями могут быть: изменение частоты тока, температуры, перепады напряжения и другие факторы. В конструкции стабилизатора используются полупроводниковые элементы в виде стабилитронов, тиристоров, симисторов и других полупроводников, устройство и работа которых будет рассмотрена отдельно.

        Классификация

        Выпрямители, выполненные на основе полупроводниковых элементов, классифицируются по различным признакам.

        По мощности на выходе:
        • Повышенной мощности – свыше 100 киловатт.
        • Средней мощности – менее 100 кВт.
        • Малой мощности – до 0,6 киловатт.
        По фазности сети питания:
        По количеству импульсов одного полюса выпрямленного напряжения U2 за один период:
        • Однотактные (имеют один полупериод).
        • Двухтактные (два полупериода).
        По типу управления вентилями выпрямители делятся на:
        • Управляемые. В схеме применяются транзисторы, тиристоры.
        • Неуправляемые. Используются диоды.
        Выпрямители разделяют для следующих видов нагрузки:
        • Активно-емкостная.
        • Активно-индуктивная.
        • Активная.
        Расчет выпрямителя

        Характер нагрузки, формы потребления тока влияют на способы расчета выпрямителя, и значительно отличаются. Расчет выпрямителя выполняется путем подбора схемы выпрямителя, вида вентилей, определения нагрузки на трансформатор, фильтр и диоды, энергетических и электрических параметров.

        Ряд факторов влияет на выбор схемы прибора. Эти факторы необходимо учитывать согласно предъявляемому требованию к выпрямителю.

        К таким факторам можно отнести:
        • Мощность и напряжение.
        • Пульсация и частота напряжения на выходе.
        • Значение обратного напряжения на диодах и их количество.
        • Коэффициент мощности и другие параметры.
        • КПД.

        Коэффициент применения трансформатора по мощности оказывает большое влияние на расчет выпрямителя. Этот параметр вычисляется формулой:

        Где Id, Ud, — средние величина выпрямленного тока и напряжения, I1, U1 — рабочая первичная величина тока и напряжения, I2, U2 – рабочая величина вторичного тока и напряжения.

        При повышении коэффициента использования трансформатора размеры прибора в общем уменьшаются, а КПД увеличивается.

        Схемы выпрямления
        Однофазные выпрямители

        Схемы приборов для подключения к питанию однофазной сети используются чаще всего для бытовых электрических устройств. В них применяются однофазные трансформаторы, функционирующие с фазой и нолем. Обе обмотки трансформатора таких приборов являются однофазными.

        Однофазная однотактная схема

        Однополупериодная схема чаще всего используют для выравнивания токов малой мощности (несколько миллиампер), когда нет необходимости идеального выравнивания напряжения на выходе выпрямителя. Такая схема характерна значительными пульсациями выходного напряжения и малым коэффициентом использования трансформатора.

        На диаграмме видна работа однотактного выпрямителя на активную нагрузку.

        Нагрузочный ток id под воздействием ЭДС вторичной обмотки (е2) может пройти только за те полупериоды, на которых анод диода обладает положительным потенциалом по отношению к катоду. По диоду в первый полупериод протекает ток ivd, а во второй полупериод ток становится нулевым (при отрицательном потенциале анода).

        Напряжение на выходе выпрямителя ud всегда ниже ЭДС обмотки е2, из-за того, что определенная часть напряжения теряется. Наибольшее обратное сопротивление вентиля Uобрmax достигает амплитудной величины ЭДС вторичной обмотки.

        Диаграммы токов обеих обмоток трансформатора аналогичны, если не считать ток намагничивания и удалить из него величину Id, так как она не трансформируется в первичную обмотку. Из-за этой величины в сердечнике трансформатора образуется вспомогательный магнитный поток, который насыщает сердечник.

        Такой эффект называется вынужденным подмагничиванием. Это можно выделить, как основной недостаток схемы. После насыщения ток намагничивания трансформатора повышается по сравнению с нормальным режимом. Повышение этого тока создает условия для увеличения сечения проводника первичной обмотки. Вследствие этого возрастают размеры трансформатора.

        Файл: Реферат ВЫПРЯМИТЕЛИ.docx

        ВУЗ: Не указан

        Категория: Не указан

        Дисциплина: Не указана

        Добавлена: 30.04.2019

        Скачиваний: 84


        1 Общие принципы построения выпрямительных устройств………………….3

        1.2 Структурная схема и классификация выпрямителей………………….3

        1.2 Классификация полупроводниковых выпрямителей………………….4

        2 Основные схемы выпрямления………………………………………………. 6

        2.1 Однофазные выпрямители………………………………………………6

        2.2 Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)…..7

        2.3 Мостовая схема (схема Греца)………………………………………. 10

        3 Трехфазные выпрямители…………………………………………………….12

        3.1 Трехфазная нулевая схема (звезда-звезда)……………………………12

        3.2 Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)……………………. 13

        Список использованной литературы……………………………………………16

        Производство и распределение электрической энергии в основном осуществляется на переменном токе, вследствие простоты трансформации напряжения. Однако значительная часть производимой электрической энергии (30-35%) используется на постоянном токе, в том числе и для передачи на расстояния.

        Выпрямитель – это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное.
        Основными элементами полупроводниковых выпрямителей являются трансформатор и вентили, с помощью которых обеспечивается одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения к выходным зажимам выпрямителя подключают электрический сглаживающий фильтр. Для регулирования или стабилизации выпрямленного напряжения и тока потребителя к выходным зажимам фильтра подключают регулятор или стабилизатор (стабилизатор может быть включён и на стороне переменного тока выпрямителя).

        Режимы работы и параметры отдельных элементов выпрямителя, фильтра, регулятора и стабилизатора согласуются с заданными условиями работы потребителя постоянного тока, поэтому основная задача теории выпрямительных устройств сводится к определению расчётных соотношений, позволяющих по заданному режиму работы потребителя определить электрические параметры элементов стабилизатора, регулятора, фильтра, а также вентилей и трансформатора выпрямителя и затем произвести выбор этих элементов по каталогу или, если это необходимо, рассчитать их.

        1 Общие принципы построения выпрямительных устройств

        1.2 Структурная схема и классификация выпрямителей

        Выпрямитель можно представить в виде обобщенной структурной схемы (рис. 1) и структурной схемы с протекающими в нем напряжениями и токами (рис. 1.1), в которую входят:

        силовой трансформатор (СТ),

        вентильный блок (ВБ),

        фильтрующее устройство (ФУ),

        цепь нагрузки (Н), в которую может входить стабилизатор напряжения (СН) .

        Рис. 1. Обобщенная структурная схема выпрямителя.

        Рис. 1.1. Структурная схема выпрямителя с протекающими в нем напряжениями и токами.

        Силовой трансформатор служит для согласования входного и выходного напряжений выпрямителя. Возможны различные соединения обмоток трансформатора соответственно с различными схемами выпрямления. Напряжение вторичной обмотки трансформатора U 2 определяет значение выпрямленного напряжения U н (или U d ).

        Трансформатор позволяет одновременно гальванически развязать питающую сеть U 1 , I 1 с частотой f 1 , и цепь нагрузки с U н , I н (или U d , I d ). В последнее время в связи с появившейся возможностью разрабатывать и изготавливать высоковольтные инверторы, работающие на высокой частоте и при непосредственном выпрямлении напряжения сети, используются беcтрансформаторные схемы выпрямления, в которых вентильный блок присоединяется непосредственно к первичной питающей сети.


        Вентильный блок выпрямляет переменный ток, подключая вторичное напряжение соответствующей фазы трансформатора к цепи постоянного тока. В вентильном блоке используются, как правило, полупроводниковые диоды или сборки на их основе. На выходе вентильного блока получают знакопостоянное напряжение с высоким уровнем пульсаций, определяемым только числом фаз питающей сети и выбранной схемой выпрямления.

        Фильтрующее устройство обеспечивает требуемый уровень пульсаций выпрямленного тока в цепи нагрузки. В качестве ФУ используются последовательно включаемые резистор или сглаживающий дроссель и параллельно включаемые конденсаторы. Иногда ФУ строится по более сложным схемам. В выпрямителях малой мощности установка резистора или дросселя не обязательна.

        При использовании многофазных (чаще всего трехфазных) схем выпрямления уровень пульсаций естественно снижается, и облегчаются условия работы ФУ.

        Стабилизатор напряжения служит для уменьшения внешних воздействий, таких как: изменение напряжения питающей сети, изменение температуры, частоты и т.д.

        1.2 Классификация полупроводниковых выпрямителей

        Полупроводниковые выпрямители можно классифицировать по следующим признакам :

        1) по выходной мощности (маломощные - до 600 Вт, средней мощности - до 100 кВт, и большой мощности - более 100 кВт);

        2) по числу фаз источника (однофазные, многофазные);

        3) по пульсности ( р ) выпрямителя, определяемой числом полупериодов протекания тока во вторичной обмотке трансформатора за полный период напряжения U 1 ;

        4) по числу знакопостоянных импульсов в кривой выпрямленного напряжения U 2 за период питающего напряжения:

        Выпрямители могут быть построены на управляемых вентилях (тиристорах, транзисторах) – управляемые выпрямители и на неуправляемых вентилях (диодах) – неуправляемые выпрямители.

        Для работы и расчета выпрямителя принципиальное значение имеет характер нагрузки включенной на выходе выпрямителя. Различают следующие режимы работы выпрямителя:

        а) на активную нагрузку;

        б) на активно-индуктивную нагрузку;

        в) на активно-емкостную нагрузку;

        Разные формы потребляемых из сети токов и их продолжительность при различном характере нагрузки выпрямителя приводит к тому, что методы расчетов выпрямителей существенно различаются.

        Расчет выпрямителя сводится к выбору схемы выпрямления, типа диодов, определению электромагнитных нагрузок на обмотках трансформатора, диодах и элементах сглаживающего фильтра, а также энергетических показателей.

        Выбор схемы выпрямителя зависит от ряда факторов, которые должны учитываться в зависимости от требований, предъявляемых к выпрямительному устрой­ству. К ним относятся:

        - величины выпрямленного напряжения и мощности;

        - частота и величина пульсации выпрямленного напряжения;

        - число диодов и величина обратного напряжения на них;

        - коэффициент полезного действия (к.п.д.);

        - коэффициент мощности и другие энергетические показатели.

        При расчете выпрямителя большое значение имеет также коэффи­циент использования трансформатора по мощности , который определяется как:

        где U d , I d - средние значения выпрямленного напряжения и тока, U 1 , I 1 - действующие значения первичного напряжения и тока, U 2 , I 2 - действующие значения вторичного напряжения и тока.

        При увеличении коэффициента использования трансформатора габариты выпрямителя в целом уменьшаются, а коэффициент полезного действия возрастает.

        2 Основные схемы выпрямления

        2.1 Однофазные выпрямители

        Схемы выпрямителей однофазного питания применяются в основном для питания бытовых потребителей (бытовых устройств) и используют однофазные трансформаторы, в которых ток течет по двум проводам - фаза и ноль. Первичная и вторичная обмотка трансформаторов таких выпрямителей является однофазной.

        Однофазная, однополупериодная схема.

        Однофазную, однополупериодную схему (рис. 1.2, а) обычно применяют для выпрямления токов до нескольких десятков миллиампер и в тех случаях, когда не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного напряжения. Эта схема характеризу­ется низким коэффициентом использования трансформатора по мощности и большими пульсациями выпрямленного напряжения.

        Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу однополупериодного выпрямителя на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентиле, представлены на рис. 1.2,б.

        Рис. 1.2. Однофазная, однополупериодная схема выпрямления (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).

        Под действием ЭДС вторичной обмотки e 2 ток в цепи нагрузки i d может проходить только в течение тех полупериодов, когда анод диода имеет положительный потенциал относительно катода. Диод пропускает ток i vd в первый полупериод, во второй полупериод, когда потенциал анода становится отрицательным, ток в цепи равен нулю. Выпрямленное напряжение u d в любой момент времени меньше ЭДС вторичной обмотки e 2 , так как часть напряжения теряется на активных сопротивлениях трансформатора и открытого вентиля (учитывается сопротивлением r ). Максимальное обратное напряжение на вентиле U обрmax , как видно из рис. 1.2,б, достигает амплитудного значения ЭДС вторичной обмотки E 2m .

        Диаграмма первичного тока трансформатора подобна диаграмме вторичного тока, если пренебречь током намагничивания и исключить из него постоянную составляющую I d , которая в первичную обмотку не трансформируется . В сердечнике трансформатора за счет постоянной составляющей тока вторичной обмотки создается добавочный постоянный магнитный поток, насыщающий сердечник. Это явление называют – вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора постоянной составляющей тока, которое является главным недостатком этой схемы. В результате насыщения намагничивающий ток трансформатора возрастает в несколько раз по сравнению с током в нормальном режиме намагничивания сердечника. Возрастание намагничивающего тока обусловливает увеличение сечения провода первичной обмотки, следствием чего являются завышенные размеры трансформатора и габариты выпрямителя в целом.

        2.2 Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)

        Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним (нулевым) выводом вторичной обмотки трансформатора (рис. 1.3, а) применяют в низковольтных устройствах. Он позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери, но имеет более низкий коэффициент использования трансформатора и, следовательно, большие габариты по сравне­нию с однофазным мостовым выпрямителем, который рассмотрен ниже. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой.

        Необходимым элементом данного выпрямителя является трансформатор с двумя вторичными обмотками. Выпрямитель со средней точкой является по существу двухфазным, так как вторичная обмотка трансформатора со средней точкой создает две ЭДС, равные по величине, но противоположные по направлению. Таким образом, схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток относительно средней точки сдвинуты по фазе на 180º.

        Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу двухполупериодного выпрямителя со средним выводом на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентилях, представлены на рис.1.3,б.

        Рис. 1.3. Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).

        Вторичные обмотки трансформатора подключены к анодам вентилей VD 1 и VD 2 . Напряжения на вторичных обмотках трансформатора w 21 и w 22 находятся в противофазе. Поэтому диоды схемы VD 1 и VD 2 проводят ток поочередно, каждый в соответствующий полупериод питающего напряжения. В течение первого полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD 1 и ток i vd1 проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w 21 трансформатора. В течение второго полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD 2 , ток i vd2 проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w 22 трансформатора, причем в цепи нагрузки ток i d проходит в том же направлении, что и в первый полупериод.

        Таким образом, в отличие от простейшего однополупериодного выпрямителя в выпрямителе со средней точкой выпрямленный ток проходит через нагрузку в течение обоих полупериодов переменного тока, но каждая из половин вторичной обмотки трансформатора оказывается нагруженной током только в течение полупериода . В результате встречного направления м.д.с. постоянных составляющих токов вторичных обмоток i 21 и i 22 в сердечнике трансформатора нет вынужденного подмагничивания.

        Рассмотрим расчет коэффи­циента использования трансформатора по мощности для выпрямителя без потерь при активной нагрузке на примере двухполупериодной схемы со средней точкой.

        Выходное напряжение u d снимается в данной схеме между средней (нулевой) точкой трансформатора и общей точкой соединения катодов обоих вентилей. Среднее напряжение на нагрузке

        Читайте также: